«Каких Марин?» или управляем контроллером через bluetooth с помощью мобильного приложения на Xamarin (Android)

В прошлой статье я пообещал рассказать, о том как подключать CANNY 3 tiny с помощью UART к bluetooth. И поскольку на этих майских особо не разгуляешься, было принято решение провести время с пользой и таки сдержать обещание. Но просто подключить контроллер к Bluetooth адаптеру HC-06, было бы слишком просто для Хабра.

Поэтому мы не просто всё подключим, но еще и напишем для нашей схемы примитивнейшее приложение для Android используя C# и Xamarin.

Если вы любите мониторить «концевики» и герконы, так как это люблю я, милости прошу под кат.



Вот о чем пойдет речь сегодня:

Часть I: Введение
Часть II: Подключение схемы и программа для CANNY 3 tiny
Часть III: Пишем приложение на Xamarin для Android
Часть IV: Заключение

Часть I: Введение

Начну с хорошего, если не считать вставок программного кода на C#, то в этот раз статья будет сравнительно небольшая, потому что основные приемы работы с контроллером мы разобрали раньше. Чтобы не повторяться лишний раз, вот список статей, в которых мы уже разбирали основные приёмы работы с контроллером CANNY:

1. «Раз, два, три – ёлочка гори!» или мой первый взгляд на контроллер CANNY 3 tiny — в этой статье мы разбирали что из себя представляет контроллер, а также азы работы в среде разработки CannyLab.
   
2. «У Предназначения масса обличий...» или автоматизируем управление автолампой с помощью CANNY 3 tiny и фоторезистора — в этой статье мы разбирали работу с USB Virtual COM-port, подключение датчиков к АЦП, а также высокочастотный ШИМ на выходах контроллера.
   
3. «Как зеницу ока...» или делаем простенькую охранную систему на базе микроконтроллера (CANNY или Arduino) и Raspberry PI — в этой статье мы разбирали работу с UART, а также повторили ранее пройденное.
   

При подготовке данной статьи я использовал следующее железо: контроллер CANNY 3 tiny, bluetooth адаптер HC-06, концевой выключатель (концевик Trema-модуль), геркон, старые проводные наушники, макетную плату, провода, «крокодилы».

Мы будем собирать систему, которая с помощью мобильного приложения мониторит состояние двух датчиков и при необходимости может в ручном режиме подавать звуковой сигнал.

Все что будет изложено в данной статье, выдумано чисто в учебно-демонстрационных целях. Я просто хотел показать, некоторые приемы работы с контроллером, а также, чтобы купленные в свое время железки хоть как-то отработали свою стоимость.

Несмотря на далекий от реальности характер решаемой задачи мы представим, что делаем систему мониторинга за раздвижной дверью купе. Когда она начнет движение, сработает геркон, а в конце пути даст сигнал концевик. Если нам надо будет привлечь внимание, например, чтобы дверь обратно закрыли, мы подадим «писклявый» сигнал через динамик. Правда динамика у меня нет, но зато есть старые наушники.



Ну и, как всегда, примечание. Настоятельно не рекомендую использовать, материалы данной статьи, как истину в последней инстанции. Многие вещи я сам делал в первый раз, их наверняка можно сделать лучше.

Часть II: Подключение схемы и программа для CANNY 3 tiny

Для начала, чтобы никого в авторских правах не обидеть уточню, что идею подключить контроллер к HC-06, по управлять им через приложение «Serial bluetooth terminal» и некоторые приемы при разработке диаграммы, я позаимствовал с форума, но само собой я их адаптировал под свою задачу.

Схема подключения выглядит следующим образом:



Концевик и геркон подключены к выводам контроллера №6 и №5, наушники к выводу №4 (у него есть ВЧ ШИМ), UART RX – это вывод № 1, UART TX – вывод № 2, вывод № 3 используется для подачи «+5В», вывод «-» — для связи с «землей».

Вот как это выглядит в сборе:



Диаграмму (программу) для СANNY 3 tiny я разрабатывал в CannyLab версии 1.42, возможно в других версиях среды разработки и с другими контроллерами, надо будет внести изменения в диаграмму.

Вот, что получилось:



Блоки связанные с настройкой контроллера и отправкой сообщения по UART, разбирали в прошлой статье.

Разберём подробней два оставшихся.

Блок «Получение сообщения по UART», отвечает за включение сирены(наушников). В принципе он нужен, чтобы разобрать пример, получения сообщения по UART.

Вначале мы проверяем есть ли полученные данные в UART, если есть, то подаем на вход «Е» D-триггера единицу, в таком случае триггер копирует значение со входа “D” в который мы запишем первые два символа из сообщения пришедшего по UART. Я не хотел всё усложнять поэтому дальше мы используем простую схему. Предполагаем, что по UART к нам придет любое число от 00 до 99, переводим это число из символьной формы в числовую (рекомендую почитать как работает блок конвертера у меня с ним был небольшой «затык»). Дальше любое значение ">0" на входе детектора переднего фронта вызывает единичный сигнал, который включит на 5 секунд выход №4, работающий в режиме ВЧ ШИМ.

Вы можете в настройках поиграться с периодом заполнения ВЧ ШИМ, от этого будет зависеть, звук в наушниках.

Перейдем к блоку «Формирование сообщения». Его реализация на первый взгляд может показаться необычной. Объясняется это тем, что я толком не разобрался как работать с программой Serial bluetooth terminal и с аналогичным bluetooth протоколом в Xamarin.

Забегу немножко вперёд и скажу, что я так и не научился гарантированно получать на смартфоне отправленное с контроллера сообщение. Если с проводным UART в прошлой статье все было очевидно, то с Bluetooth на практике вместо отправленного сообщения может прочитаться только его часть и смысл передаваемой команды нарушиться.

Я решил, что самое простое решение — это передавать одно число, которое гарантированно дойдет до адресата без потерь.

В нашем случае мы мониторим дискретное состояние геркона и концевика. То есть у нас всего 4 возможные комбинации: геркон и концевик выключены, включен только кто-то один, оба включены.

Поскольку геркон и концевик дают дискретный сигнал (0/1) нужно как-то их различить. Для этого умножим значение сигнала геркона на 2. Теперь получается, что сумма сигналов даст нам значения от 0 до 3.

Теперь разберем не очевидный вариант с прибавлением к этому значению пятидесяти. Дело в том, что CannyLab передает в UART пару символов, то есть вместо 3 допустим 03, но как я говорил есть риск потери части информации. Например, из значения 01, программа на смартфоне может прочитать только первый «0», а это уже будет ошибка.

Можно было бы заморочиться и преобразовать данные, заменив, например символ «D1» регистра какой-нибудь буквой или пробелом, но я решил сделать проще. Я превратил значение 01 в 51 (02 в 52 и т.д.). Пятерка не несет сигнала и я ее вырезаю на уровне программы для смартфона. Таким образом, у нас всегда гарантированно остается полезная часть сообщения.

Загружаем программу в контроллер, нажимаем «запустить», если все работает как задумано, то HC-06 начнет периодически мигать красным светодиодом.

Далее сопрягаем смартфон с адаптером. Теперь можно проверить работоспособность в приложении «Serial Bluetooth terminal» или любом другом с похожим функционалом.

Запишите адрес Bluetooth адаптера, он нам пригодится в следующей главе.



Как видите данные приходят, в зависимости от состояния датчиков, а если отправить «11», то в наушниках послышится противный писк. Можно было бы на этом и остановиться, но давайте набросаем примитивное приложение.

Программу для контроллера и исходный код программы для смартфона можно скачать с GitHub

Хотелось бы отметить, что вам не обязательно реализовывать всё в железе именно на контроллерах CANNY, вы вполне можете написать программу для Arduino или другого любимого вами контроллера. Изначально я и сам планировал написать дополнительно еще и версию скетча для Arduino, но поскольку убил почти все майские праздники, на подключение CANNY и приложение для смартфона у меня уже просто не осталось сил.

Часть III: Пишем приложение на Xamarin для Android

Я знаю, что Xamarin скажем мягко – не самое популярное решение для мобильной разработки. И возможно у вас уже возник вопрос: «Почему я его выбрал?». Ответить на него мне бы хотелось словами из одноименной песни Псоя Короленко:



Честно, нет никаких объективных причин. Просто пару лет назад я учил азы C# и все хотел посмотреть, что такое Xamarin. И теперь из-за «самоизоляции» наконец-то дошли руки.

Ну и еще раз напомню. Я первый раз встречаюсь с Xamarin и это мое первое приложение для Android. Не стоит слепо копировать мой кривой код, если вдруг вы сможете найти более красивое решение, воспользуйтесь им.

При разработке своей программы я опирался на этот материал. Статья не особо разжевана, да еще и на испанском, поэтому я всё-таки счел уместным поделиться с вами своей вариацией на эту тему.

Я собирал программу в Visual studio 2019 community edition.

Первым делом создадим новый пустой проект для Android (Xamarin), как на картинке.



Я вносил изменения только в три файла, целиком их можно просмотреть на GitHub, а тут разберем только важные части:

AndroidManifest.xml

В стандартный шаблон добавлены 2 разрешения:

  <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
  <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>

activity_main.xml
Был убран контейнер по умолчанию (RelativeLayout). Вместо него был добавлен, контейнер LinearLayout просто потому, что он проще. В данном контейнере все элементы выравниваются по вертикали, растягиваясь на всю ширину экрана.

<LinearLayout
    xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:orientation="vertical"
    android:minWidth="25px"
    android:minHeight="25px"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:id="@+id/linearLayout1">
    <TextView
        android:text="Reed switch status - undefined"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:id="@+id/rSwitch"
        android:textSize="12pt" />
    <TextView
        android:text="End sensor status - undefined"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:id="@+id/EndSensor"
        android:textSize="12pt" />
    <Button
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:id="@+id/startSiren"
        android:text="Send signal to siren" />
    <Switch
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:id="@+id/bltSwitch"
        android:checked="false"
        android:showText="true"
        android:text="Connect bluetooth" />
    <TextView
        android:text="status"
        android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceSmall"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:id="@+id/status" />
</LinearLayout>

Любому человеку немного знакомому с HTML вёрсткой или XML не составит труда разобраться со структурой пользовательского интерфейса. У нас есть три доступных только для чтения текстовых поля (TextView), один переключатель(Switch), который работает по сути как чекбокс и одна самая обычная кнопка(Button). Элементы можно разместить на форме путем перетаскивания из конструктора, а в окне свойств или в коде задать им более удобные Id, текстовые заглушки и другие параметры.

Осталось описать логику программы.

MainActivity.cs

Ниже под спойлером код целиком для удобства


Теперь по частям.

Блоки с подключением пространств имен, объявлением класса и т.п. я пропущу.
 

Создаём переменные с которыми позже свяжем элементы пользовательского интерфейса:

   Button startSiren;
   TextView rSwitch;
   TextView EndSensor;
   Switch bltSwitch;
   TextView status;

Дальше идет, код из примера на который я опирался. Переменные (поля) необходимые для работы тех или иных методов.

  private Java.Lang.String dataToSend;
        private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = null;
        private BluetoothSocket btSocket = null;
        private Stream outStream = null;
        // don't forget change addres to your device:
        private static string address = "98:D3:91:F9:6C:F6";
        // MY_UUID can be saved as is
        private static UUID MY_UUID = UUID.FromString("00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB");
        private Stream inStream = null;

Нам здесь важно вбить адрес вашего модуля HC-06 в поле address.

Поскольку это мой первый опыт разработки для смартфонов в том числе работы с Xamarin, я решил ничего не усложнять поэтому адрес устройства, как и в исходном примере, жестко зафиксирован. Если хотите вы можете посмотреть эту статью, там похоже реализован перебор доступных Bluetooth устройств.

Идем дальше.

        protected override void OnCreate(Bundle savedInstanceState)
        {

            base.OnCreate(savedInstanceState);
            Xamarin.Essentials.Platform.Init(this, savedInstanceState);
            // Set our view from the "main" layout resource
            SetContentView(Resource.Layout.activity_main);

            startSiren = FindViewById<Button>(Resource.Id.startSiren);
            rSwitch = FindViewById<TextView>(Resource.Id.rSwitch);
            EndSensor = FindViewById<TextView>(Resource.Id.EndSensor);
            status = FindViewById<TextView>(Resource.Id.status);
            bltSwitch = FindViewById<Switch>(Resource.Id.bltSwitch);


            startSiren.Click += startSiren_ClickOnButtonClicked;
            bltSwitch.CheckedChange += bltSwitch_HandleCheckedChange;
            CheckBt();
        }

Этот метод создается автоматически, наша задача связать в нем объекты UI с полями класса, а также привязать обработчики для реакций на события (startSiren.Click и bltSwitch.CheckedChange).

Проверяем подключение по Bluetooth:

        private void CheckBt()
        {
            mBluetoothAdapter = BluetoothAdapter.DefaultAdapter;

            if (!mBluetoothAdapter.Enable())
            {
                Toast.MakeText(this, "Bluetooth Off",
                    ToastLength.Short).Show();
            }

            if (mBluetoothAdapter == null)
            {
                Toast.MakeText(this,
                    "Bluetooth does not exist or is busy", ToastLength.Short)
                    .Show();
            }
        }

Включение сирены. По сути просто отправка символов «11» в контроллер:

   void startSiren_ClickOnButtonClicked(object sender, EventArgs e)
        {
            if (bltSwitch.Checked)
            {
                try
                {
                    dataToSend = new Java.Lang.String("11");
                    writeData(dataToSend);
                    System.Console.WriteLine("Send signal to siren");
                }
                catch (System.Exception execept)
                {
                    System.Console.WriteLine("Error when send data" + execept.Message);
                }

            }
            else status.Text = "bluetooth not connected";
        }

Проверка состояния переключателя (если смещен в право значит включён):

   void bltSwitch_HandleCheckedChange(object sender, CompoundButton.CheckedChangeEventArgs e)
        {
            if (e.IsChecked)
            {
                Connect();
            }
            else
            {
                if (btSocket.IsConnected)
                {
                    try
                    {
                        btSocket.Close();
                        System.Console.WriteLine("Connection closed");
                    }
                    catch (System.Exception ex)
                    {
                        Console.WriteLine(ex.Message);
                    }
                }
            }
        }

При включении начинаем соединение с Bluetooth.

Реализация непосредственно подключения:

   public void Connect()
        {
            BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.GetRemoteDevice(address);
            System.Console.WriteLine("Connection in progress" + device);
            mBluetoothAdapter.CancelDiscovery();
            try
            {
                btSocket = device.CreateRfcommSocketToServiceRecord(MY_UUID);
                btSocket.Connect();
                System.Console.WriteLine("Correct Connection");
                status.Text = "Correct Connection to bluetooth";
            }
            catch (System.Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.Message);
                try
                {
                    btSocket.Close();
                    System.Console.WriteLine("Connection closed");
                }
                catch (System.Exception)
                {
                    System.Console.WriteLine("Impossible to connect");
                    status.Text = "Impossible to connect";
                }
                System.Console.WriteLine("Socket Created");
  
            }
            beginListenForData();

        }

А вот один из самых важных методов — непосредственно считывание данных:

    public void beginListenForData()
        {
            try
            {
                inStream = btSocket.InputStream;
            }
            catch (System.IO.IOException ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
            }
            Task.Factory.StartNew(() => {
                byte[] buffer = new byte[1024];
                int bytes;
                
                while (true)
                {

                    try
                    {
                        bytes = inStream.Read(buffer, 0, 1024);
                        System.Console.WriteLine("bytes " + bytes.ToString());
                        if (bytes > 0)
                        {
                            
                            RunOnUiThread(() => {
                                string valor = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(buffer).Replace("5",String.Empty);
                                // transform string for deleate all symbols except 1-4(command from canny).
                                string command = new string(valor.Where(char.IsDigit).ToArray());

                                if (command.Length > 0)
                                {
                                     status.Text="data successfully readed";
                                    System.Console.WriteLine("command  " + command);
                                    switch (Int32.Parse(command))
                                    {
                                        case 0:
                                            rSwitch.Text = "reed switch - disconnected ";
                                            EndSensor.Text = "end sensor - not pressed ";
                                            break;
                                        case 1:
                                            rSwitch.Text = "reed switch - disconnected ";
                                            EndSensor.Text = "end sensor - pressed ";
                                            break;
                                        case 2:
                                            rSwitch.Text = "reed switch - connected ";
                                            EndSensor.Text = "end sensor - not pressed ";
                                            break;
                                        case 3:
                                            rSwitch.Text = "reed switch - connected ";
                                            EndSensor.Text = "end sensor - pressed ";
                                        break;
                                    }
                                }
                            });
                        }
                    }
                    catch (Java.IO.IOException)
                    {
                        RunOnUiThread(() => {
                            EndSensor.Text = "End sensor status - undefined";
                            rSwitch.Text = "Reed switch status - undefined ";
                        });
                        break;
                    }
                }
            });
        }

Многие элементы метода я оставил как в примере, как я понимаю вначале создается соединение с потоком данных, если в буфере с прочитанными данными, что-то есть то оно считывается в переменную valor. При этом как я и обещал, цифру «5» мы просто удалим.

Дальше мы убираем из считанного сообщения все символы кроме цифр string command = new string(valor.Where(char.IsDigit).ToArray());

Ну а после уже все просто в зависимости от того какое число нам пришло, выводим тот или иной статус в UI.

Эти два метода я кардинально не менял:

  private void writeData(Java.Lang.String data)
        {
            try
            {
                outStream = btSocket.OutputStream;
            }
            catch (System.Exception e)
            {
                System.Console.WriteLine("Error with OutputStream when write to Serial port" + e.Message);
            }

            Java.Lang.String message = data;

            byte[] msgBuffer = message.GetBytes();

            try
            {
                outStream.Write(msgBuffer, 0, msgBuffer.Length);
                System.Console.WriteLine("Message sent");
            }
            catch (System.Exception e)
            {
                System.Console.WriteLine("Error with  when write message to Serial port" + e.Message);
                status.Text = "Error with  when write message to Serial port";
            }
        }


    public override void OnRequestPermissionsResult(int requestCode, string[] permissions, [GeneratedEnum] Android.Content.PM.Permission[] grantResults)
        {
            Xamarin.Essentials.Platform.OnRequestPermissionsResult(requestCode, permissions, grantResults);

            base.OnRequestPermissionsResult(requestCode, permissions, grantResults);
        }
    }
 }

Как я понимаю в данном блоке кода реализованы отправка сообщения и обработчик события на зарос разрешения доступа к Bluetooth.

Ну вот и все осталось настроить подключение смартфона для отладки приложения.

Как ни странно, но все работает:

Часть IV: Заключение

Вот как работа программы выглядит в натуре:



Вот таким был мой первый опыт разработки приложений для смартфона на Android.

Хотелось бы отметить, что VS 2019 и Xamarin на моем стареньком компьютере работают очень медленно.

При первой сборке проекта, я реально успел съесть еще этих мягких французских булок да выпить чаю. Также само приложение получилось откровенно убогое, переключатель «вкл/выкл» работает очень не удобно, но с другой стороны учитывая, что я лишь немного знаком с базовыми приёмами разработки для .NET, а также то, что я вообще не программист, я смог даже не проходя целиком ни одного туториала и ни одного урока, за день набросать свое первое приложение. Поэтому порог вхождения для создания элементарного приложения получается достаточно низкий.

Я так понимаю, контроллеры CANNY можно использовать при тюнинге автомобилей, особенно отечественных так, что вполне можно сделать какую-нибудь «фичу» и написать к ней приложение для смартфона. Главное помнить, что при питании от бортовой сети автомобиля на выходах контроллера будет тоже напряжение что и на входе (например, 12 В вместо 5 В). Не забудьте защитить Bluetooth адаптер, чтобы он ненароком не вышел из строя.

Статья оказалась для меня очень трудоёмкой, надеюсь, что все было не зря и она вам понравиться.