Unidad 3. Protocolos binarios

Introducción

En esta unidad seguiremos profundizando en la integración de dispositivos periféricos a aplicaciones interactivas, pero esta vez usando protocolos binarios.

Propósitos de aprendizaje

Integrar aplicaciones interactivas y periféricos utilizando protocolos seriales binarios.

Evaluación de la unidad

Advertencia

FECHA MÁXIMA DE ENTREGA

jueves 13 de octubre de 2022 (semana 13) en la segunda sesión de clase. La evaluación debe estar en el repositorio y sustentada.

Enunciado

Considera el siguiente fragmento de este video que va desde el segundo 16 hasta el 34. También puede usar como referencia este otro video. Tu misión será reproducir lo que ves allí bajo estas restricciones:

Usa Unity.
Usa el sensor ADXL345 o MPU-6050 que puedes comprar aquí o aquí.
Debes usar un protocolo de comunicación BINARIO.

¿Qué debes entregar?

El código fuente de las aplicaciones para el microcontrolador y para Unity en este repositorio. Documentar en el archivo README.md cómo funciona el proceso de integración de los valores que entrega el sensor con el contenido digital de la aplicación interactiva.

Trayecto de Actividades

Ejercicios

Ejercicio 1: introducción a los protocolos binarios - caso de estudio

¿Cómo se ve un protocolo binario? Para explorar este concepto te voy a mostrar una hoja de datos de un sensor comercial que usa un protocolo de comunicación binario. La idea es que explores tanto como quieras, pero te quiero invitar que mires con detenimiento hasta la página 5.

Para responder esta pregunta vamos a utilizar como ejemplo este sensor. Cuyo manual del fabricante se encuentra aquí

Ejercicio 2: API de arduino para implementar comunicaciones binarias

En este enlace vas a mirar los siguientes métodos. Te pediré que los tengas a mano porque te servirán para resolver problemas.

Serial.available()
Serial.read()
Serial.readBytes(buffer, length)
Serial.write()

Nota que la siguiente función no está en el repaso:

Serial.readBytesUntil()

La razón es que en un protocolo binario usualmente no tenemos un carácter de fin de trama, como si ocurre con los protocolos ASCII, donde usualmente el último carácter es el \n.

Ejercicio 3: ¿Qué es el endian?

Analicemos el siguiente asunto:

Cuando trabajamos con protocolos binarios es necesario transmitir variables que tienen una longitud mayor a un byte. Por ejemplo, los números en punto flotante cumplen con el estándar IEEE754 y se representan con 4 bytes.

Algo que debemos decidir al trabajar con número como los anteriormente descritos es el orden en cual serán transmitidos sus bytes. En principio tenemos dos posibilidades: transmitir primero el byte de menor peso (little endian) o transmitir primero el byte de mayor peso (big endian). Al diseñar un protocolo binario debes escoger una de las dos posibilidades.

Ejercicio 4: transmitir números en punto flotante

¿Cómo transmitir un número en punto flotante?

Veamos dos maneras:

void setup() {
    Serial.begin(115200);
}

void loop() {
    // 45 60 55 d5
    // https://www.h-schmidt.net/FloatConverter/IEEE754.html
    static float num = 3589.3645;

    if(Serial.available()){
        if(Serial.read() == 's'){
            Serial.write ( (uint8_t *) &num,4);
        }
    }
}

Y esta otra forma. Aquí primero se copia la información que se desea transmitir a un buffer o arreglo:

void setup() {
    Serial.begin(115200);
}

void loop() {
    // 45 60 55 d5
    // https://www.h-schmidt.net/FloatConverter/IEEE754.html
    static float num = 3589.3645;
    static uint8_t arr[4] = {0};

    if(Serial.available()){
        if(Serial.read() == 's'){
            memcpy(arr,(uint8_t *)&num,4);
            Serial.write(arr,4);
        }
    }
}

¿En qué endian estamos transmitiendo el número?
Y si queremos transmitir en el endian contrario?

void setup() {
    Serial.begin(115200);
}

void loop() {
    // 45 60 55 d5
    // https://www.h-schmidt.net/FloatConverter/IEEE754.html
    static float num = 3589.3645;
    static uint8_t arr[4] = {0};

    if(Serial.available()){
        if(Serial.read() == 's'){
            memcpy(arr,(uint8_t *)&num,4);
            for(int8_t i = 3; i >= 0; i--){
              Serial.write(arr[i]);
            }
        }
    }
}

Ejercicio 5: aplicación interactiva

Te voy a pedir dos cosas en este punto:

Que repases (de la unidad anterior o en la documentación de C# de Microsoft) para qué sirven los siguientes fragmentos de código:

SerialPort _serialPort = new SerialPort();
_serialPort.PortName = "/dev/ttyUSB0";
_serialPort.BaudRate = 115200;
_serialPort.DtrEnable = true;
_serialPort.Open();

byte[] data = { 0x01, 0x3F, 0x45};
_serialPort.Write(data,0,1);

byte[] buffer = new byte[4];
.
.
.

if(_serialPort.BytesToRead >= 4){

    _serialPort.Read(buffer,0,4);
    for(int i = 0;i < 4;i++){
        Console.Write(buffer[i].ToString("X2") + " ");
    }
}

Inventa una aplicación en Unity que utilice TODOS los métodos anteriores. Ten presente que necesitarás inventar también la aplicación del microcontrolador.

Ejercicio 6: RETO

Vas a enviar 2 números en punto flotante desde un microcontrolador a una aplicación en Unity usando comunicaciones binarias. Inventa una aplicación en Unity que modifique dos dimensiones de una game object usando los valores recibidos.

Truco

Te voy a dejar una ayuda

¿Para qué puede servir el siguiente código?

byte[] buffer = new byte[4];
.
.
.
if(_serialPort.BytesToRead >= 4){
  _serialPort.Read(buffer,0,4);
  Console.WriteLine(System.BitConverter.ToSingle(buffer,0));