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Realizzare Accessori iOS con Bluetooth Low Energy e Arduino

F
fibasile

Il documento descrive la creazione di accessori iOS utilizzando Bluetooth Low Energy (BLE) e Arduino, evidenziando le tecnologie e le architetture coinvolte. Viene analizzato il confronto tra Bluetooth 2.0 e 4.0, le caratteristiche dei vari dispositivi BLE, e vengono forniti dettagli sui moduli di Arduino e le loro applicazioni. Include anche un esempio pratico di utilizzo dell'IDE Arduino per realizzare progetti con sensori e dispositivi connessi.

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Realizzare Accessori iOS con Bluetooth Low Energy e Arduino
Realizzare accessori iOS con Bluetooth Low Energy e Arduino Fiore Basile @fibasile
Accessori per iOS
Esempi
Possibilità su iOS 5 •Cavo RedPark.com •Adattatore presa audio •ExternalAccessory.Framework •Programma MFI •Royalty •Lungo processo di approvazione •Difficile per aziende piccole
A partire da iOS6 •E’ possibile realizzare accessori •senza aderire a MFI •senza usare hardware esterno •BLE è supportato da •iPhone 4S e superiori •iPad Retina e iPad Mini
Bluetooth 4.0
Caratteristiche • Pensato per realizzare: • dispositivi economici • a basso consumo, durare anni con una pila • che comunicano a distanza ravvicinata • per brevissimi periodi di tempo • Bluetooth 2.0 vs Bluetooth 4.0 • stesso nome ma tecnologia diversa e non compatibile • alcuni moduli DUAL Mode supportano entrambi i protocolli per aumentare la compatibilità • i.e. Macbook Air, nuovi modelli
Comparazione Bluetooth 2.0 Bluetooth 4.0 Dispositivi Audio, Video, Tastiere, Mouse, Altoparlanti Sensori, Wearable Connessioni pairing advertising Banda Ampia Stretta 0.3 Mbps Durata lunga breve, lo stretto necessario Consumo! Alto Minimo
Bluetooth 2.0 vs 4.0 60 45 Mbps 30 15 0 versione 1.1 versione 2.0 versione 3.0 versione 4.0 Larghezza banda
Architettura GATT UART Multiplex Radio
Architettura • Controller: • device con una radio capace di comunicare sulla banda 2.4 Ghz • contiene software necessario per gestire advertising, la scansione e la gestione delle connessioni • si integra con l’host tramite USB, SDIO, o UART  • Host • funzionalità per fare multiplexing e gestire l’accesso alle informazioni esportate dai vari devi • L2CAP fornisce la gestione dei canali di comunicazione, il security manager contiene un protocollo per la gestione del pairing, calcolo di hash
Architettura • Attribute protocol definisce i tipi di interazione • richieste dal client al server • risposte a una richiesta, dal server al client  • comandi che non prevedono risposta, inviati dal client al server  • notifiche dal server al client senza conferma • indicazioni inviate dal server al client • conferme inviate dal client al server come risposta ad un’indicazione ricevuta • Ogni attributo • ha un indirizzo unico, un tipo e un valore associato.  • alcuni attributi possono essere in sola lettura
Ruoli Generic Access Profile, definisce i ruoli • Broadcaster – si limita all’advertising • Observer – monitora gli advertisement, ma non può connettersi • Peripheral – esegue l’advertisement, consente la connessione e può essere considerato come slave • Central - ha il ruolo di master • monitora gli advertisements • avvia le connessioni • può gestire fino a tre slave contemporaneamente
Modello applicativo • Characteristics • identificate da un UUID • ha un tipo e un valore • può essere letta, scritta e notificata • Service • identificato da un UUID • raggruppa caratteristiche • può contenere altri service • Peripherial • definisce un Profile, l’insieme di service disponibili • alcuni sono di default i.e. • Device Info Peripherial Service Characteristic Descriptor Characteristic Descriptor Service
Profili
Un esempio Name: Current Time Service Type: org.bluetooth.service.current_time Assigned Number: 0x1805 Abstract: This service defines how the current time can be exposed using the Generic Attribute Profile (GATT). ! Service Characteristics org.bluetooth.profile.time  ! Mandatory properties Read Notify https://developer.bluetooth.org/gatt/profiles/Pages/ProfilesHome.aspx
TI Sensor Tag Ottima introduzione a BLE • Accelerometro 3 assi • Magnetometro 3 assi • Giroscopio 3 assi • Termometro ambiente + 
 dispositivo • Sensore umidità • Barometro  • 33 Euro + IVA CBPeripheral UUID F0000000-0451-4000-B000-000000000000
TI Sensor TAG Service Characteristic AA00 Termometro AA01 Temperatura AA02 On-Off AA10 Accelerometro! AA11 Accelerazione (3 byte) AA12 On-off AA13 Sample rate AA20 Umidità! AA21 Val. Umidità AA22 On - off AA30 Magnetometro AA31 Campo magnetico AA32 On - off AA33 Sample rate
TI Sensor TAG Service Characteristic AA40 Barometro AA41 Pressione AA42 On-off AA43 Calibrazione AA50 Giroscopio AA51 Rotazione AA52 On-off Calcolo l’UUID della caratteristica Rotazione come F000AA51-0451-4000-B000-000000000000  
notify:ON Temperature changed value: bytes Temperature
App LightBlue permette di sfogliare i servizi
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Arduino
Cos’è Arduino? • Progetto open-hardware iniziato nel 2005 • Obiettivo: fornire alla community dei maker, dei ricercatori e al mondo dell’educazione una piattaforma elettronica per sperimentare e realizzare rapidamente prototipi • Tre elementi principali: • una serie di schede elettroniche con un microcontroller e una serie di ingressi e uscite • un IDE che consente di scrivere software e caricarlo sulla scheda • una community, che fornisce software e documentazione gratuita sulla piattaforma
La scheda
Varianti arduino.cc
Open hardware •Arduino è open hardware •Chiunque può creare il proprio clone non ufficiale •Tutti i cloni rimangono compatibili con la piattaforma
Cloni
Scegliere la scheda cpu, memoria, dimensioni,input UNO AVR 8bit, 14 digital IO pin, 6 analog input, UART, SPI, I2C Leonardo! USB Host, 2 UART Mega 54 digital IO, 16 analog, 4 UART Pro mini - Nano Meno porte, form-factor 2cm Lilypad, Flora, Xadow Wearable, da cucire, basso consumo Yun Linux MIPS + Wifi: Internet of Things Due, Tre! CPU ARM, form factor compatibile Cloni Prezzo, funzionalità built-in aggiuntive
Porte e espansioni
Shield WIFI MOTOR TFT GPS, Midi, Relé etc ETHERNET GSM
Arduino IDE open-source
Realizzare Accessori iOS con Bluetooth Low Energy e Arduino
Protocolli Seriale Bluetooth 4.0 I2C USB Client e Host Bluetooth 2.0 SPI Ethernet GPS TWI Wifi RF CAN Zigbee Midi
Sensori
Esempi • Accelerazione • Temperatura • Pressione atmosferica • Luce • Colore • Infarossi • Magnetismo • GAS • Suono • Resistenza • Flessione • Contatto • Energia • ….
Esempio Lampeggiare un led in base all’intervallo definito con un potenziometro
Sketch Arduino int sensorPin = A0;    // Pin A0 di ingresso per il potenziometro int ledPin = 13;      // Pin D13 per accendere un LED int sensorValue = 0;  // Variabile che contiene il valore letto ! void setup() {   // il pin del led è di OUTPUT   pinMode(ledPin, OUTPUT);   } ! void loop() {   // leggiamo il valore   sensorValue = analogRead(sensorPin);       // accendiamo il pin associato al led   digitalWrite(ledPin, HIGH);     // sospendiamo il programma per sensorValue millisecondi:   delay(sensorValue);             // spegnamo il led:           digitalWrite(ledPin, LOW);     // sospendiamo il programma per sensorValue millisecondi:   delay(sensorValue);                   }
Arduino Community • Documentazione • Download • Forum • Tutorial • Progetti http://playground.arduino.cc
Framework Core Bluetooth
CoreBluetooth.framework • Equivalente del framework OSX
 IOBluetooth.framework • Funzionalità BLE • Scansione delle periferiche • Connessione • Discovery dei Service • Discovery delle Characteristic dei Services • Lettura e scrittura Characteristic • Notifica Characteristic
Info.plist e Linking
Modello CBCentralManager CBPeripheral CBService CBCharacteristic Descriptor
Supporto iniziale •CBCentralManager + Delegate •CBPeripheral + Delegate •CBService •CBCharacteristic •CBCharacteristicDescriptor
Novità •Modifiche e semplificazioni alle API •NSUUID vs CFUUIDRef •Accesso più rapido alle periferiche già conosciute •Tutti i device iOS supportati forniscono •Time Service •Battery Service •Apple notification center service •Introduzione di iBeacon •CLBeaconRegion •Introduzione di Apple Notification Center Service rende possibile accesso al Notification Center
Esempio pratico • FASE 1: Discovery di una Peripheral • FASE 2: Connessione alla Peripheral • FASE 3: Scansione dei Service • FASE 4: Dump di Service e Characteristic Descriptor • FASE 5: Lettura RSSI • FASE 6: Lettura Valori Characteristic • FASE 7: Notifica Modifiche a Characteristic • FASE 8: Scrittura Valore Characteristic
CBCentralManager <CBCentralManagerDelegate> - (id)initWithDelegate:! (id<CBCentralManagerDelegate>)delegate ! queue:(dispatch_queue_t)queue ! options:(NSDictionary *)options - (void)centralManagerDidUpdateState:! (CBCentralManager *)central central.state == ! CBCentralManagerStatePoweredOn -(void)scanForPeripheralsWithServices:! (NSArray *)serviceUUIDs ! options:(NSDictionary *)options Altrimenti
 ALERT
 BLE Non attivo!! - (void)centralManager:(CBCentralManager*)c ! didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral*)p 
 advertisementData:(NSDictionary*)a
 RSSI:(NSNumber *)RSSI
CBCentralManager - (void)connectPeripheral:! (CBPeripheral *)peripheral ! options:(NSDictionary *)options CBPeripheral <CBCentralManagerDelegate> - (void)centralManager:
 (CBCentralManager*)c 
 didConnectPeripheral:
 (CBPeripheral *)p - setDelegate: -(void)discoverServices:! ! (NSArray *)serviceUUIDs CBPeripheralDelegate - (void)peripheral:(CBPeripheral *)p ! didDiscoverServices:(NSError *)e - (void)discoverCharacteristics:
 (NSArray *)characteristicUUIDs 
 forService:(CBService *)service
MyBleController @interface BLE : NSObject <CBCentralManagerDelegate, CBPeripheralDelegate> { } ! @property (strong, nonatomic) CBCentralManager *manager; @property (strong, nonatomic) CBPeripheral *peripheral; @property (assign, nonatomic) BOOL connected;
CBCentralManager init & State CBCentralManagerDelegate - (void)initCentral { self.connected = NO;     //Creando CBCentralManager iniziamo a ricevere con i metodi delegate self.manager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil]; } ! // Delegate - (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central { /* central.state indica lo stato della radio Bluetooth CBCentralManagerStateUnsupported, CBCentralManagerStateUnauthorized, CBCentralManagerStatePoweredOff, CBCentralManagerStateUnknown */ !    if (self.connected && central.state < CBCentralManagerStatePoweredOn) { // Bluetooth disabilitato o rifiutato         [self resetConnection];    } else if (!self.connected && central.state == CBCentralManagerStatePoweredOn) // Possiamo iniziare lo scan         [self openConnection];     } }
Scan & scoperta periferiche CBCentralManagerDelegate - (void)openConnection {     /* Inizia lo scan senza uno specifico service, per trovare
 tutte le peripheral. Passare un array di NSUUID per filtrare in base a UUID servizio. Le options ci permettono di continuare a ricevere gli advertising delle peripheral già scoperte. (Consuma batteria) */     [self.manager scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil]; } // Delegate - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central  didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral    advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData         RSSI:(NSNumber *)RSSI { // Scoperta nuova peripheral     if (peripheral.name == NULL) { return; }     if (peripheral.identifier == NULL) { return; } // nuovo in iOS 7 !     [self.manager stopScan];      self.peripheral = peripheral; // Teniamo la reference evitiamo il release [self.manager connectPeripheral:peripheral options:nil]; }
Connessione CBCentralManagerDelegate - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral: (CBPeripheral *)peripheral {     // connessi alla periferica // Diventiamo CBPeripheralDelegate della periferica     [peripheral setDelegate:self]; // Iniziamo il discovery dei servizi     [peripheral discoverServices:nil]; } - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral                  error:(NSError *)error { // connessione fallita } - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral                  error:(NSError *)error; { // connessione terminata }
Discovery Servizi e Caratteristiche CBPeripheralDelegate - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error {      for (CBService *service in peripheral.services) {         NSString *UUIDString = service.UUID.UUIDString; // New in iOS 7 ! /** iOS 6 way required bridging from Core Foundation  NSString *UUIDString = CFBridgingRelease(CFUUIDCreateString(NULL, CFBridgingRetain(service.UUID))); **/             NSLog(@“Discovered service %@: %@“, UUIDString, service.debugDescription]]; ! ! // Discovery Caratteristiche servizi         [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];     } } - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService: (CBService *)service error:(NSError *)error { // Caratteristiche trovate     for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {         NSString *cUUIDString =characteristic.UUID.UUIDString;                  NSLog(@“ %@: %@", cUUIDString, characteristic.debugDescription));     } }
Identita’ servizi e caratteristiche -(CBService *) findServiceFromUUID:(NSUUID *)UUID p:(CBPeripheral *)p { for(int i = 0; i < p.services.count; i++) { CBService *s = [p.services objectAtIndex:i]; if ([s.UUID.UUIDString isEqualToString:UUID.UUIDString]) return s; } return nil; //Servizio non disponibile } -(CBCharacteristic *) findCharacteristicFromUUID:(CBUUID *)UUID service:(CBService*)service { for(int i=0; i < service.characteristics.count; i++) { CBCharacteristic *c = [service.characteristics objectAtIndex:i]; if ([c.UUID.UUIDString isEqualToString:UUID.UUIDString]) return c; } return nil; //Caratteristica non disponibile }
RSSI (Received signal strength indication) - (void) updateRSSI { ! // richiesta lettura RSSI if (self.peripheral != nil && self.connected) { ! ! [self.peripheral readRSSI]; } ! } - (void)peripheralDidUpdateRSSI:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error { ! ! ! } // potenza del segnale ottenuta i.e. -40db = 1 metro
 // —46db = 2metri etc int rssi = peripheral.RSSI.intValue;
Lettura valore caratteristica -(void) readValue: (NSUUID *)serviceUUID characteristicUUID:(NSUUID *)characteristicUUID p:(CBPeripheral *)p { CBService *service = [self findServiceFromUUID:serviceUUID p:p]; if (!service) { // non trovato return; } CBCharacteristic *characteristic = [self findCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service]; if (!characteristic) { // Non trovata } } [p readValueForCharacteristic:characteristic];
Abilita Notifiche caratteristica -(void) notification:(CBUUID *)serviceUUID characteristicUUID:(CBUUID *)characteristicUUID p:(CBPeripheral *)p on:(BOOL)on { CBService *service = [self findServiceFromUUID:serviceUUID p:p]; if (!service) { // non trovato return; } CBCharacteristic *characteristic = [self findCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service]; if (!characteristic) { // non trovata return; } [p setNotifyValue:ON forCharacteristic:characteristic]; }
Conferma modifica flag & ricezione dati - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateNotificationStateForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error { if (!error) { // flag modificato, ok } else {// errore} } - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error: (NSError *)error { if (!error) { // leggiamo n byte in base alla caratteristica NSString uuidString = characteristic.UUID.UUIDString; int dataLen = characteristic.value.length; NSData* data = characteristic.value; // abbiamo ricevuto dataLen bytes } else { // errore } }
Scrittura valore Caratteristica -(void) writeValue:(CBUUID *)serviceUUID characteristicUUID:(CBUUID *)characteristicUUID p:(CBPeripheral *)p data:(NSData *)data { CBService *service = [self findServiceFromUUID:serviceUUID p:p]; if (!service) { // non trovato } CBCharacteristic *characteristic = [self findCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service]; if (!characteristic) { // non trovata } ! } // Scrivo senza richiedere una conferma della modifica con CBCharacteristicWriteWithoutResponse // CBCharacteristicWriteWithResponse chiama invece il delegate // peripheral:didWriteValueForCharacteristic:error: [p writeValue:data forCharacteristic:characteristic type:CBCharacteristicWriteWithoutResponse];
YmsCoreBluetooth • Framework open source per sviluppare applicazioni BLE • Basato sui Blocks • Codice di esempio per l’uso del TI Tag Sensor • Disponibile su http://kickingvegas.github.io/YmsCoreBluetooth/
YmsCoreBluetooth !•! YMSCBCentralManager da estendere ! ! scansione e caricamento peripheral! !•! YMSCBPeripheral da estendere! ! connessione e disconnessione, discovery servizi! !•! YMSCBService da specializzare in n sottoclassi! !! discovery characteristic, gestione notifiche! !•! YMSCBCharacteristic da specializzare in sottoclasse! ! gestione stato notifiche, scrittura, lettura, descriptor! ! interpretazione dei dati! !•! YMSCBDescriptor! !! lettura e scrittura valori
iBeacon e CoreLocation
Motivazioni • Gli iBeacon consentono di creare servizi di localizzazione precisi in spazi ristretti • Ogni iBeacon trasmette la propria presenza • Le app possono identificare iBeacon vicini o distanti in un’area • Il processo può essere attivato in una specifica Location • A ciascun iBeacon può corrispondere • Una notifica • Un contenuto • Un biglietto Passbook, etc
Esempio • App Supermercato • Catena di supermercati com.app.supermarket Identificatore Unico ! • Supermercato specifico Indentificatore Major ! • Banco Salumeria Identificatore Minor ! ! • Il beacon ci permette di sapere esattamente dove ci troviamo all’interno del supermercato
iBeacon Unico per l’app uguale per tutti gli iBeacon iBeacon UUID Identificatore x location es. milano, pisa Identificatore Es. Identificatore Negozio Major Es. Identificatore Zona Minor
iBeacon trasmissione #import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h> #import <CoreLocation/CoreLocation.h> ! @interface IBeaconTransmitter ()     @property (nonatomic, retain) CLBeaconRegion *beaconRegion;     @property (nonatomic, retain) CBPeripheralManager *manager; @end   /* Identificativi */ NSUUID *uuid = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:
 @"AAAA-BBBB-CCCC-DDDD"]; NSString *identifier = @"MyBeacon"; ! //Region di interesse ! self.beaconRegion = [[CLBeaconRegion alloc] initWithProximityUUID:uuid identifier:identifier]; self.manager = [[CBPeripheralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];
iBeacon Trasmissione - 2 #pragma mark - CBPeripheralManagerDelegate   //CBPeripheralManager callback, il manager è pronto per la connessione ! - (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral {   if (peripheral.state != CBPeripheralManagerStatePoweredOn) {     return;   }     // default power   // possiamo dare un valore diverso per limitare l’advertising ! NSDictionary *payload = [beaconRegion peripheralDataWithMeasuredPower:nil];     //Start advertising   [manager startAdvertising:payload]; }
iBeacon - Monitoring #import <CoreLocation/CoreLocation.h>   /* Stesso UUID di prima */ ! NSUUID *uuid = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:@"AAAA-BBBB-CCCCDDDD"]; ! NSString *identifier = @"MyBeacon"; ! //Definiamo la region dove cercare i beacon con questi dati ! CLBeaconRegion *beaconRegion = [[CLBeaconRegion alloc] initWithProximityUUID:uuid identifier:identifier]; ! // Avvia il monitoring ! CLLocationManager *manager = [[CLLocationManager alloc] init]; ! [manager setDelegate:self]; ! [manager startMonitoringForRegion:beaconRegion];
iBeacon Monitoring - 2 #pragma mark - CLLocationManagerDelegate Methods   //Callback se entriamo in una region di interesse //Beacon in vista - (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didEnterRegion: (CLRegion *)region {   if ([region isKindOfClass:[CLBeaconRegion class]]) {     [manager startRangingBeaconsInRegion:(CLBeaconRegion *)region];   } }   //Callback quando usciamo da una region di interesse //Nessun beacon in vista - (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didExitRegion: (CLRegion *)region {   if ([region isKindOfClass:[CLBeaconRegion class]]) {     [manager stopRangingBeaconsInRegion:(CLBeaconRegion *)region];   } }  
iBeacon Monitoring - 3 // Log delle trasmissioni dei beacon - (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didRangeBeacons:(NSArray *)beacons                inRegion:(CLBeaconRegion *)region {   //Verifichiamo la distanza dal iBeacon   CLBeacon *beacon = [beacons objectAtIndex:0];     switch (beacon.proximity) {     case CLProximityImmediate:       NSLog(@“Immediatamente vicino");       break;     case CLProximityNear:       NSLog(@“Quasi vicino");       break;     default:       NSLog(@“Visible ma distante");       break;   } }
Apple Notification Center Service
Apple Notification Center Service • Sostituisce il Notification Profile di BLE con una versione proprietaria • Consente di monitorare tramite BLE le notifiche delle applicazioni iOS • Permette di realizzare “Display” e comportamenti legati alle notifiche iOS • Scenari: • Arrivo di una notifica • Modifica di una notifica • Annullamento di una notifica
Motivazioni • Tramite l’Apple Notification Center Service e’ possibile accedere alle notifiche dal Device • Possiamo visualizzare le notifiche o rispondere con output e azioni • E’ possibile realizzare accessori che estendono il device con ad esempio con • schermi aggiuntivi, luci, vibrazione, motori, etc…
Servizio e caratteristiche • Service 
 UUID 7905F431-B5CE-4E99-A40F-4B1E122D00D0
 
 Caratteristiche • Notification Source: Obbligatorio 
 UUID 9FBF120D-6301-42D9-8C58-25E699A21DBD (notifiable) 
 da monitorare per ricevere le notifiche • Control Point: Opzionale
 UUID 69D1D8F3-45E1-49A8-9821-9BBDFDAAD9D9 
 (writeable with response) 
 da usare per richiedere info aggiuntive • Data Source: Opzionale
 UUID 22EAC6E9-24D6-4BB5-BE44-B36ACE7C7BFB (notifiable)
 da monitorare per ricevere le info aggiuntive
Notification Source • I dati relativi alle notifiche contengono: • Il tipo di notifica (nuova, modifica, annulla) • Flag notifica (ad. esempio importante) • Categoria della notifica (Chiamata in entrata, persa, etc, Email, News, Social, Location Entertainment, etc) • Numero notifiche • UUID Notifica utile per recuperare attributi della notifica da Control Point Notifica Tipo Flag Categoria
Altri attributi • Attributi Notifica • App id applicazione • Titolo notifica • Messaggio • Attributi App • Nome app
Arduino e BLE
Arduino e BLE • Supporto tramite shield • RedbearLab BLE Shield • Dr. Knoll BLE Shield • Richiedono librerie aggiuntive per Arduino
Arduino e BLE Supporto tramite un modulo esterno • MicroController integrato • Si connette direttamente alla porta Seriale di Arduino • Non richiede librerie aggiuntive • Consente di aggiornare il firmware • RedbearLab BLE MINI • Aggiungere supporto a progetti Wearable, Etc • Supporta iBeacon • Non supporta al momento ANCS
BLE Firmata • Libreria Arduino fornita con BearLab BLE Shield • https://github.com/RedBearLab/Release/raw/master/BLEShield/ BLEShield_Library_v1.0.2.zip • Carichiamo su Arduino BLEFirmata.pde tramite l’IDE • Possiamo accedere tramite BLE a tutti gli input e gli output di Arduino dall’app iOS BLE Arduino Protocollo firmata.org formato MIDI • BLEFirmata.pde
BLE Shield - Servizi • Unico Service
 UUID "713D0000-503E-4C75-BA94-3148F18D941E" • Due caratteristiche TX, RX • Leggiamo i dati dallo Shield attivando la notifica sulla caratteristica RX
 713D0002-503E-4C75-BA94-3148F18D941E • Scriviamo i dati sullo Shield aggiornando il valore della caratteristica TX
 713D0003-503E-4C75-BA94-3148F18D941E notify:ON RX write: bytes TX changed value: bytes RX
BLE Chat - Arduino Code #include <Arduino.h> #include <SPI.h> #include "ble.h" ! unsigned char buf[16] = {0}; unsigned char len = 0; ! void setup() { // protocollo SPI per 
 // comunicare con lo shield SPI.setDataMode(SPI_MODE0); SPI.setBitOrder(LSBFIRST); SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV16 ); SPI.begin(); ble_begin(); // monitor seriale arduino Serial.begin(57600); void loop() { // leggi dal canale ble while ( ble_available() ) Serial.write(ble_read()); // leggo dalla seriale di arduino 
 // per 16 bytes o fino a n while ( Serial.available() ) { unsigned char c = Serial.read(); if (c != 0xD) { if (len < 16) buf[len++] = c; } else { // scrivo il buffer sullo shield BLE for (int i = 0; i < len; i++) ble_write(buf[i]); len = 0; } } } } ble_do_events();
BLE Chat - iOS Code Connessione e discovery come esempio BLE Dump // Attivo la notifica sul service RX ! -(void) enableReadNotification:(CBPeripheral *)p { CBUUID *uuid_service = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:@BLE_DEVICE_SERVICE_UUID]; CBUUID *uuid_char = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @BLE_DEVICE_RX_UUID]; } [self notification:uuid_service characteristicUUID:uuid_char p:p on:YES];
BLE Chat - iOS Code Scrivo sulla caratteristica TX, NSData di max 16 Byte alla volta -(void) write:(NSData *)d { CBUUID *uuid_service = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @BLE_DEVICE_SERVICE_UUID]; CBUUID *uuid_char = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @BLE_DEVICE_TX_UUID]; [self writeValue:uuid_service characteristicUUID:uuid_char p:activePeripheral data:d]; }
Realizzare Accessori iOS con Bluetooth Low Energy e Arduino
BLE Chat - Arduino Code ! #include <Arduino.h> ! ! unsigned char buf[16] = {0}; unsigned char len = 0; ! void setup() { // ble mini sulla // seconda seriale Serial1.begin(57600); } ! // monitor seriale arduino Serial.begin(57600); void loop() { // leggi dal canale ble while ( Serial1.available() ) Serial.write(Serial1.read()); // leggo dalla seriale di arduino 
 // per 16 bytes o fino a n while ( Serial.available() ) { unsigned char c = Serial.read(); if (c != 0xD) { if (len < 16) buf[len++] = c; } else { // scrivo sullo shield BLE for (int i = 0; i < len; i++) Serial1.write(buf[i]); len = 0; } } }
BLE Mini Framework iBeacon RBL_SERVICE_UUID                   RBL_CHARACTERISTIC_IBEACON_UUID    RBL_CHARACTERISTIC_MAJOR_UUID      RBL_CHARACTERISTIC_MINOR_UUID      RBL_CHARACTERISTIC_POWER_UUID      ! ! @"B0702880-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" @"B0702881-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" @"B0702882-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" @"B0702883-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" @"B0702884-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" Ci consentono di impostare via BLE quali saranno i valori per Identifier, UUID, MAJOR, MINOR, POWER ad es. ! -(void) writeUUID:(NSData *)uuid_bytes { CBUUID *uuid_service = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @RBL_SERVICE_UUID]; CBUUID *uuid_char = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @ RBL_CHARACTERISTIC_IBEACON_UUID]; [self writeValue:uuid_service characteristicUUID:uuid_char p:activePeripheral data:d]; ! }
Concludendo • Il firmware custom consente di realizzare • nuovi profili • nuovi servizi • nuove caratteristiche • Purtroppo sono necessari SDK proprietari per scrivere un nuovo firmware • Per la maggior parte dei casi bastano le caratteristiche esistenti • notifica RX e scrittura TX
Applicazioni pratiche
Creare un protocollo • Dimensione dei dati limitata (max 16 byte alla volta) • Capace di gestire disconnessioni frequenti • Errori di trasmissione, pacchetti incompleti • Facile debug
 
 Esempi • Firmata -> Protocollo Midi • MQTT • Protocollo ad hoc, Testo semplice Da costruire sulle caratteristiche RX / TX dei moduli BLE
Firmata /* This protocol uses the MIDI message format! * ! * MIDI ! * type command channel first byte second byte ! *----------------------------------------------------------------------------! * analog I/O message 0xE0 pin # LSB(bits 0-6) MSB(bits 7-13)! * digital I/O message 0x90 port LSB(bits 0-6) MSB(bits 7-13)! * report analog pin 0xC0 pin # disable/enable(0/1) - n/a -! * report digital port 0xD0 port disable/enable(0/1) - n/a -! *! * sysex start 0xF0 ! * set pin mode(I/O) 0xF4 pin # (0-127) pin state(0=in)! * sysex end 0xF7 ! * protocol version 0xF9 major version minor version! * system reset 0xFF! *! */ comando 0xE0 pin LSB valore MSB valore
Sensori Arduino • Parsing comandi iOS • Gestione comandi: • on / off sensore • abilita / disabilita invio pacchetti dati • Lettura Dati dal Sensore • Scrittura Pacchetto Dati iOS • On / Off Sensore • Abilita Notifiche Valore Sensore • Parsing Pacchetto dati Sensore • Visualizza Dati Sensore
Smartwatch
Smartwatch Arduino • Parsing comandi iOS • Gestione comandi: • on / off sensore iOS • On / Off Sensore • Abilita Notifiche Valore Sensore • abilita / disabilita invio pacchetti • Parsing Pacchetto dati • visualizza bitmap • Visualizza Dati Sensore • Invio messaggi sul display • Invio notifiche sul display dati • visualizza messaggio testo • reset • Lettura Dati dal Sensore • Scrittura Pacchetto Dati • Gestione del display Sensore
Controllo remoto • 2 Motori indipendenti • Accelerometro • Magnetometro • Sensori ad infrarossi • Ultrasuoni
Controllo Remoto Arduino • Parsing comandi iOS • Gestione comandi: • on / off sensore • abilita / disabilita invio pacchetti dati • Lettura Dati dal Sensore • Scrittura Pacchetto Dati • Gestione dei motori iOS • On / Off Sensore • Abilita Notifiche Valore Sensore • Parsing Pacchetto dati Sensore • Visualizza Dati Sensore • Invio velocita’ e angolo di sterzata
Making Things Talk - Tom Igoe
Controller per App Arduino • Parsing comandi iOS • Gestione comandi: • on / off sensore • abilita / disabilita invio pacchetti dati • Lettura Dati dal Sensore • Scrittura Pacchetto Dati iOS • On / Off Sensore • Abilita Notifiche Valore Sensore • Parsing Pacchetto dati Sensore • Gestione input sull’app
Riepilogo • Grazie all’integrazione tra Arduino e iOS è possibile: • utilizzare sensori di ogni tipo e elaborare i dati in applicazioni iOS • pilotare robot e veicoli di vario tipo • realizzare controller per le applicazioni iOS • creare applicazioni context-sensitive grazie a iBeacon • Esistono limitazioni sulla piattaforma Bluetooth 4.0 non è ancora ampiamente diffusa • Il costo degli adattatori è ancora elevato
Prospettive future
Wearable Computing Soft circuits Internet of Things UAV Ubiquitous Computing
Riepilogo • Col tempo si diffonderanno moltissimi tipi di accessori • da indossare • integrati negli oggetti di uso quotidiano • nelle auto • negli elettrodomestici • La possibilità di reagire all’ambiente circostante creerà nuovi tipi di app • reti personali, domotica, eventi, advertising, • luoghi pubblici, grande distribuzione, logistica • droni, robot
Grazie! ! contatti:
 Fiore Basile @fibasile fibasile.github.io

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Realizzare Accessori iOS con Bluetooth Low Energy e Arduino

  • 2. Realizzare accessori iOS con Bluetooth Low Energy e Arduino Fiore Basile @fibasile
  • 5. Possibilità su iOS 5 •Cavo RedPark.com •Adattatore presa audio •ExternalAccessory.Framework •Programma MFI •Royalty •Lungo processo di approvazione •Difficile per aziende piccole
  • 6. A partire da iOS6 •E’ possibile realizzare accessori •senza aderire a MFI •senza usare hardware esterno •BLE è supportato da •iPhone 4S e superiori •iPad Retina e iPad Mini
  • 8. Caratteristiche • Pensato per realizzare: • dispositivi economici • a basso consumo, durare anni con una pila • che comunicano a distanza ravvicinata • per brevissimi periodi di tempo • Bluetooth 2.0 vs Bluetooth 4.0 • stesso nome ma tecnologia diversa e non compatibile • alcuni moduli DUAL Mode supportano entrambi i protocolli per aumentare la compatibilità • i.e. Macbook Air, nuovi modelli
  • 9. Comparazione Bluetooth 2.0 Bluetooth 4.0 Dispositivi Audio, Video, Tastiere, Mouse, Altoparlanti Sensori, Wearable Connessioni pairing advertising Banda Ampia Stretta 0.3 Mbps Durata lunga breve, lo stretto necessario Consumo! Alto Minimo
  • 10. Bluetooth 2.0 vs 4.0 60 45 Mbps 30 15 0 versione 1.1 versione 2.0 versione 3.0 versione 4.0 Larghezza banda
  • 12. Architettura • Controller: • device con una radio capace di comunicare sulla banda 2.4 Ghz • contiene software necessario per gestire advertising, la scansione e la gestione delle connessioni • si integra con l’host tramite USB, SDIO, o UART  • Host • funzionalità per fare multiplexing e gestire l’accesso alle informazioni esportate dai vari devi • L2CAP fornisce la gestione dei canali di comunicazione, il security manager contiene un protocollo per la gestione del pairing, calcolo di hash
  • 13. Architettura • Attribute protocol definisce i tipi di interazione • richieste dal client al server • risposte a una richiesta, dal server al client  • comandi che non prevedono risposta, inviati dal client al server  • notifiche dal server al client senza conferma • indicazioni inviate dal server al client • conferme inviate dal client al server come risposta ad un’indicazione ricevuta • Ogni attributo • ha un indirizzo unico, un tipo e un valore associato.  • alcuni attributi possono essere in sola lettura
  • 14. Ruoli Generic Access Profile, definisce i ruoli • Broadcaster – si limita all’advertising • Observer – monitora gli advertisement, ma non può connettersi • Peripheral – esegue l’advertisement, consente la connessione e può essere considerato come slave • Central - ha il ruolo di master • monitora gli advertisements • avvia le connessioni • può gestire fino a tre slave contemporaneamente
  • 15. Modello applicativo • Characteristics • identificate da un UUID • ha un tipo e un valore • può essere letta, scritta e notificata • Service • identificato da un UUID • raggruppa caratteristiche • può contenere altri service • Peripherial • definisce un Profile, l’insieme di service disponibili • alcuni sono di default i.e. • Device Info Peripherial Service Characteristic Descriptor Characteristic Descriptor Service
  • 17. Un esempio Name: Current Time Service Type: org.bluetooth.service.current_time Assigned Number: 0x1805 Abstract: This service defines how the current time can be exposed using the Generic Attribute Profile (GATT). ! Service Characteristics org.bluetooth.profile.time  ! Mandatory properties Read Notify https://developer.bluetooth.org/gatt/profiles/Pages/ProfilesHome.aspx
  • 18. TI Sensor Tag Ottima introduzione a BLE • Accelerometro 3 assi • Magnetometro 3 assi • Giroscopio 3 assi • Termometro ambiente + 
 dispositivo • Sensore umidità • Barometro  • 33 Euro + IVA CBPeripheral UUID F0000000-0451-4000-B000-000000000000
  • 19. TI Sensor TAG Service Characteristic AA00 Termometro AA01 Temperatura AA02 On-Off AA10 Accelerometro! AA11 Accelerazione (3 byte) AA12 On-off AA13 Sample rate AA20 Umidità! AA21 Val. Umidità AA22 On - off AA30 Magnetometro AA31 Campo magnetico AA32 On - off AA33 Sample rate
  • 20. TI Sensor TAG Service Characteristic AA40 Barometro AA41 Pressione AA42 On-off AA43 Calibrazione AA50 Giroscopio AA51 Rotazione AA52 On-off Calcolo l’UUID della caratteristica Rotazione come F000AA51-0451-4000-B000-000000000000  
  • 25. Cos’è Arduino? • Progetto open-hardware iniziato nel 2005 • Obiettivo: fornire alla community dei maker, dei ricercatori e al mondo dell’educazione una piattaforma elettronica per sperimentare e realizzare rapidamente prototipi • Tre elementi principali: • una serie di schede elettroniche con un microcontroller e una serie di ingressi e uscite • un IDE che consente di scrivere software e caricarlo sulla scheda • una community, che fornisce software e documentazione gratuita sulla piattaforma
  • 28. Open hardware •Arduino è open hardware •Chiunque può creare il proprio clone non ufficiale •Tutti i cloni rimangono compatibili con la piattaforma
  • 29. Cloni
  • 30. Scegliere la scheda cpu, memoria, dimensioni,input UNO AVR 8bit, 14 digital IO pin, 6 analog input, UART, SPI, I2C Leonardo! USB Host, 2 UART Mega 54 digital IO, 16 analog, 4 UART Pro mini - Nano Meno porte, form-factor 2cm Lilypad, Flora, Xadow Wearable, da cucire, basso consumo Yun Linux MIPS + Wifi: Internet of Things Due, Tre! CPU ARM, form factor compatibile Cloni Prezzo, funzionalità built-in aggiuntive
  • 35. Protocolli Seriale Bluetooth 4.0 I2C USB Client e Host Bluetooth 2.0 SPI Ethernet GPS TWI Wifi RF CAN Zigbee Midi
  • 37. Esempi • Accelerazione • Temperatura • Pressione atmosferica • Luce • Colore • Infarossi • Magnetismo • GAS • Suono • Resistenza • Flessione • Contatto • Energia • ….
  • 38. Esempio Lampeggiare un led in base all’intervallo definito con un potenziometro
  • 39. Sketch Arduino int sensorPin = A0;    // Pin A0 di ingresso per il potenziometro int ledPin = 13;      // Pin D13 per accendere un LED int sensorValue = 0;  // Variabile che contiene il valore letto ! void setup() {   // il pin del led è di OUTPUT   pinMode(ledPin, OUTPUT);   } ! void loop() {   // leggiamo il valore   sensorValue = analogRead(sensorPin);       // accendiamo il pin associato al led   digitalWrite(ledPin, HIGH);     // sospendiamo il programma per sensorValue millisecondi:   delay(sensorValue);             // spegnamo il led:           digitalWrite(ledPin, LOW);     // sospendiamo il programma per sensorValue millisecondi:   delay(sensorValue);                   }
  • 40. Arduino Community • Documentazione • Download • Forum • Tutorial • Progetti http://playground.arduino.cc
  • 42. CoreBluetooth.framework • Equivalente del framework OSX
 IOBluetooth.framework • Funzionalità BLE • Scansione delle periferiche • Connessione • Discovery dei Service • Discovery delle Characteristic dei Services • Lettura e scrittura Characteristic • Notifica Characteristic
  • 45. Supporto iniziale •CBCentralManager + Delegate •CBPeripheral + Delegate •CBService •CBCharacteristic •CBCharacteristicDescriptor
  • 46. Novità •Modifiche e semplificazioni alle API •NSUUID vs CFUUIDRef •Accesso più rapido alle periferiche già conosciute •Tutti i device iOS supportati forniscono •Time Service •Battery Service •Apple notification center service •Introduzione di iBeacon •CLBeaconRegion •Introduzione di Apple Notification Center Service rende possibile accesso al Notification Center
  • 47. Esempio pratico • FASE 1: Discovery di una Peripheral • FASE 2: Connessione alla Peripheral • FASE 3: Scansione dei Service • FASE 4: Dump di Service e Characteristic Descriptor • FASE 5: Lettura RSSI • FASE 6: Lettura Valori Characteristic • FASE 7: Notifica Modifiche a Characteristic • FASE 8: Scrittura Valore Characteristic
  • 48. CBCentralManager <CBCentralManagerDelegate> - (id)initWithDelegate:! (id<CBCentralManagerDelegate>)delegate ! queue:(dispatch_queue_t)queue ! options:(NSDictionary *)options - (void)centralManagerDidUpdateState:! (CBCentralManager *)central central.state == ! CBCentralManagerStatePoweredOn -(void)scanForPeripheralsWithServices:! (NSArray *)serviceUUIDs ! options:(NSDictionary *)options Altrimenti
 ALERT
 BLE Non attivo!! - (void)centralManager:(CBCentralManager*)c ! didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral*)p 
 advertisementData:(NSDictionary*)a
 RSSI:(NSNumber *)RSSI
  • 49. CBCentralManager - (void)connectPeripheral:! (CBPeripheral *)peripheral ! options:(NSDictionary *)options CBPeripheral <CBCentralManagerDelegate> - (void)centralManager:
 (CBCentralManager*)c 
 didConnectPeripheral:
 (CBPeripheral *)p - setDelegate: -(void)discoverServices:! ! (NSArray *)serviceUUIDs CBPeripheralDelegate - (void)peripheral:(CBPeripheral *)p ! didDiscoverServices:(NSError *)e - (void)discoverCharacteristics:
 (NSArray *)characteristicUUIDs 
 forService:(CBService *)service
  • 50. MyBleController @interface BLE : NSObject <CBCentralManagerDelegate, CBPeripheralDelegate> { } ! @property (strong, nonatomic) CBCentralManager *manager; @property (strong, nonatomic) CBPeripheral *peripheral; @property (assign, nonatomic) BOOL connected;
  • 51. CBCentralManager init & State CBCentralManagerDelegate - (void)initCentral { self.connected = NO;     //Creando CBCentralManager iniziamo a ricevere con i metodi delegate self.manager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil]; } ! // Delegate - (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central { /* central.state indica lo stato della radio Bluetooth CBCentralManagerStateUnsupported, CBCentralManagerStateUnauthorized, CBCentralManagerStatePoweredOff, CBCentralManagerStateUnknown */ !    if (self.connected && central.state < CBCentralManagerStatePoweredOn) { // Bluetooth disabilitato o rifiutato         [self resetConnection];    } else if (!self.connected && central.state == CBCentralManagerStatePoweredOn) // Possiamo iniziare lo scan         [self openConnection];     } }
  • 52. Scan & scoperta periferiche CBCentralManagerDelegate - (void)openConnection {     /* Inizia lo scan senza uno specifico service, per trovare
 tutte le peripheral. Passare un array di NSUUID per filtrare in base a UUID servizio. Le options ci permettono di continuare a ricevere gli advertising delle peripheral già scoperte. (Consuma batteria) */     [self.manager scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil]; } // Delegate - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central  didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral    advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData         RSSI:(NSNumber *)RSSI { // Scoperta nuova peripheral     if (peripheral.name == NULL) { return; }     if (peripheral.identifier == NULL) { return; } // nuovo in iOS 7 !     [self.manager stopScan];      self.peripheral = peripheral; // Teniamo la reference evitiamo il release [self.manager connectPeripheral:peripheral options:nil]; }
  • 53. Connessione CBCentralManagerDelegate - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral: (CBPeripheral *)peripheral {     // connessi alla periferica // Diventiamo CBPeripheralDelegate della periferica     [peripheral setDelegate:self]; // Iniziamo il discovery dei servizi     [peripheral discoverServices:nil]; } - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral                  error:(NSError *)error { // connessione fallita } - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral                  error:(NSError *)error; { // connessione terminata }
  • 54. Discovery Servizi e Caratteristiche CBPeripheralDelegate - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error {      for (CBService *service in peripheral.services) {         NSString *UUIDString = service.UUID.UUIDString; // New in iOS 7 ! /** iOS 6 way required bridging from Core Foundation  NSString *UUIDString = CFBridgingRelease(CFUUIDCreateString(NULL, CFBridgingRetain(service.UUID))); **/             NSLog(@“Discovered service %@: %@“, UUIDString, service.debugDescription]]; ! ! // Discovery Caratteristiche servizi         [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];     } } - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService: (CBService *)service error:(NSError *)error { // Caratteristiche trovate     for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {         NSString *cUUIDString =characteristic.UUID.UUIDString;                  NSLog(@“ %@: %@", cUUIDString, characteristic.debugDescription));     } }
  • 55. Identita’ servizi e caratteristiche -(CBService *) findServiceFromUUID:(NSUUID *)UUID p:(CBPeripheral *)p { for(int i = 0; i < p.services.count; i++) { CBService *s = [p.services objectAtIndex:i]; if ([s.UUID.UUIDString isEqualToString:UUID.UUIDString]) return s; } return nil; //Servizio non disponibile } -(CBCharacteristic *) findCharacteristicFromUUID:(CBUUID *)UUID service:(CBService*)service { for(int i=0; i < service.characteristics.count; i++) { CBCharacteristic *c = [service.characteristics objectAtIndex:i]; if ([c.UUID.UUIDString isEqualToString:UUID.UUIDString]) return c; } return nil; //Caratteristica non disponibile }
  • 56. RSSI (Received signal strength indication) - (void) updateRSSI { ! // richiesta lettura RSSI if (self.peripheral != nil && self.connected) { ! ! [self.peripheral readRSSI]; } ! } - (void)peripheralDidUpdateRSSI:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error { ! ! ! } // potenza del segnale ottenuta i.e. -40db = 1 metro
 // —46db = 2metri etc int rssi = peripheral.RSSI.intValue;
  • 57. Lettura valore caratteristica -(void) readValue: (NSUUID *)serviceUUID characteristicUUID:(NSUUID *)characteristicUUID p:(CBPeripheral *)p { CBService *service = [self findServiceFromUUID:serviceUUID p:p]; if (!service) { // non trovato return; } CBCharacteristic *characteristic = [self findCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service]; if (!characteristic) { // Non trovata } } [p readValueForCharacteristic:characteristic];
  • 58. Abilita Notifiche caratteristica -(void) notification:(CBUUID *)serviceUUID characteristicUUID:(CBUUID *)characteristicUUID p:(CBPeripheral *)p on:(BOOL)on { CBService *service = [self findServiceFromUUID:serviceUUID p:p]; if (!service) { // non trovato return; } CBCharacteristic *characteristic = [self findCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service]; if (!characteristic) { // non trovata return; } [p setNotifyValue:ON forCharacteristic:characteristic]; }
  • 59. Conferma modifica flag & ricezione dati - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateNotificationStateForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error { if (!error) { // flag modificato, ok } else {// errore} } - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error: (NSError *)error { if (!error) { // leggiamo n byte in base alla caratteristica NSString uuidString = characteristic.UUID.UUIDString; int dataLen = characteristic.value.length; NSData* data = characteristic.value; // abbiamo ricevuto dataLen bytes } else { // errore } }
  • 60. Scrittura valore Caratteristica -(void) writeValue:(CBUUID *)serviceUUID characteristicUUID:(CBUUID *)characteristicUUID p:(CBPeripheral *)p data:(NSData *)data { CBService *service = [self findServiceFromUUID:serviceUUID p:p]; if (!service) { // non trovato } CBCharacteristic *characteristic = [self findCharacteristicFromUUID:characteristicUUID service:service]; if (!characteristic) { // non trovata } ! } // Scrivo senza richiedere una conferma della modifica con CBCharacteristicWriteWithoutResponse // CBCharacteristicWriteWithResponse chiama invece il delegate // peripheral:didWriteValueForCharacteristic:error: [p writeValue:data forCharacteristic:characteristic type:CBCharacteristicWriteWithoutResponse];
  • 61. YmsCoreBluetooth • Framework open source per sviluppare applicazioni BLE • Basato sui Blocks • Codice di esempio per l’uso del TI Tag Sensor • Disponibile su http://kickingvegas.github.io/YmsCoreBluetooth/
  • 62. YmsCoreBluetooth !•! YMSCBCentralManager da estendere ! ! scansione e caricamento peripheral! !•! YMSCBPeripheral da estendere! ! connessione e disconnessione, discovery servizi! !•! YMSCBService da specializzare in n sottoclassi! !! discovery characteristic, gestione notifiche! !•! YMSCBCharacteristic da specializzare in sottoclasse! ! gestione stato notifiche, scrittura, lettura, descriptor! ! interpretazione dei dati! !•! YMSCBDescriptor! !! lettura e scrittura valori
  • 64. Motivazioni • Gli iBeacon consentono di creare servizi di localizzazione precisi in spazi ristretti • Ogni iBeacon trasmette la propria presenza • Le app possono identificare iBeacon vicini o distanti in un’area • Il processo può essere attivato in una specifica Location • A ciascun iBeacon può corrispondere • Una notifica • Un contenuto • Un biglietto Passbook, etc
  • 65. Esempio • App Supermercato • Catena di supermercati com.app.supermarket Identificatore Unico ! • Supermercato specifico Indentificatore Major ! • Banco Salumeria Identificatore Minor ! ! • Il beacon ci permette di sapere esattamente dove ci troviamo all’interno del supermercato
  • 66. iBeacon Unico per l’app uguale per tutti gli iBeacon iBeacon UUID Identificatore x location es. milano, pisa Identificatore Es. Identificatore Negozio Major Es. Identificatore Zona Minor
  • 67. iBeacon trasmissione #import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h> #import <CoreLocation/CoreLocation.h> ! @interface IBeaconTransmitter ()     @property (nonatomic, retain) CLBeaconRegion *beaconRegion;     @property (nonatomic, retain) CBPeripheralManager *manager; @end   /* Identificativi */ NSUUID *uuid = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:
 @"AAAA-BBBB-CCCC-DDDD"]; NSString *identifier = @"MyBeacon"; ! //Region di interesse ! self.beaconRegion = [[CLBeaconRegion alloc] initWithProximityUUID:uuid identifier:identifier]; self.manager = [[CBPeripheralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];
  • 68. iBeacon Trasmissione - 2 #pragma mark - CBPeripheralManagerDelegate   //CBPeripheralManager callback, il manager è pronto per la connessione ! - (void)peripheralManagerDidUpdateState:(CBPeripheralManager *)peripheral {   if (peripheral.state != CBPeripheralManagerStatePoweredOn) {     return;   }     // default power   // possiamo dare un valore diverso per limitare l’advertising ! NSDictionary *payload = [beaconRegion peripheralDataWithMeasuredPower:nil];     //Start advertising   [manager startAdvertising:payload]; }
  • 69. iBeacon - Monitoring #import <CoreLocation/CoreLocation.h>   /* Stesso UUID di prima */ ! NSUUID *uuid = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:@"AAAA-BBBB-CCCCDDDD"]; ! NSString *identifier = @"MyBeacon"; ! //Definiamo la region dove cercare i beacon con questi dati ! CLBeaconRegion *beaconRegion = [[CLBeaconRegion alloc] initWithProximityUUID:uuid identifier:identifier]; ! // Avvia il monitoring ! CLLocationManager *manager = [[CLLocationManager alloc] init]; ! [manager setDelegate:self]; ! [manager startMonitoringForRegion:beaconRegion];
  • 70. iBeacon Monitoring - 2 #pragma mark - CLLocationManagerDelegate Methods   //Callback se entriamo in una region di interesse //Beacon in vista - (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didEnterRegion: (CLRegion *)region {   if ([region isKindOfClass:[CLBeaconRegion class]]) {     [manager startRangingBeaconsInRegion:(CLBeaconRegion *)region];   } }   //Callback quando usciamo da una region di interesse //Nessun beacon in vista - (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didExitRegion: (CLRegion *)region {   if ([region isKindOfClass:[CLBeaconRegion class]]) {     [manager stopRangingBeaconsInRegion:(CLBeaconRegion *)region];   } }  
  • 71. iBeacon Monitoring - 3 // Log delle trasmissioni dei beacon - (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didRangeBeacons:(NSArray *)beacons                inRegion:(CLBeaconRegion *)region {   //Verifichiamo la distanza dal iBeacon   CLBeacon *beacon = [beacons objectAtIndex:0];     switch (beacon.proximity) {     case CLProximityImmediate:       NSLog(@“Immediatamente vicino");       break;     case CLProximityNear:       NSLog(@“Quasi vicino");       break;     default:       NSLog(@“Visible ma distante");       break;   } }
  • 73. Apple Notification Center Service • Sostituisce il Notification Profile di BLE con una versione proprietaria • Consente di monitorare tramite BLE le notifiche delle applicazioni iOS • Permette di realizzare “Display” e comportamenti legati alle notifiche iOS • Scenari: • Arrivo di una notifica • Modifica di una notifica • Annullamento di una notifica
  • 74. Motivazioni • Tramite l’Apple Notification Center Service e’ possibile accedere alle notifiche dal Device • Possiamo visualizzare le notifiche o rispondere con output e azioni • E’ possibile realizzare accessori che estendono il device con ad esempio con • schermi aggiuntivi, luci, vibrazione, motori, etc…
  • 75. Servizio e caratteristiche • Service 
 UUID 7905F431-B5CE-4E99-A40F-4B1E122D00D0
 
 Caratteristiche • Notification Source: Obbligatorio 
 UUID 9FBF120D-6301-42D9-8C58-25E699A21DBD (notifiable) 
 da monitorare per ricevere le notifiche • Control Point: Opzionale
 UUID 69D1D8F3-45E1-49A8-9821-9BBDFDAAD9D9 
 (writeable with response) 
 da usare per richiedere info aggiuntive • Data Source: Opzionale
 UUID 22EAC6E9-24D6-4BB5-BE44-B36ACE7C7BFB (notifiable)
 da monitorare per ricevere le info aggiuntive
  • 76. Notification Source • I dati relativi alle notifiche contengono: • Il tipo di notifica (nuova, modifica, annulla) • Flag notifica (ad. esempio importante) • Categoria della notifica (Chiamata in entrata, persa, etc, Email, News, Social, Location Entertainment, etc) • Numero notifiche • UUID Notifica utile per recuperare attributi della notifica da Control Point Notifica Tipo Flag Categoria
  • 77. Altri attributi • Attributi Notifica • App id applicazione • Titolo notifica • Messaggio • Attributi App • Nome app
  • 79. Arduino e BLE • Supporto tramite shield • RedbearLab BLE Shield • Dr. Knoll BLE Shield • Richiedono librerie aggiuntive per Arduino
  • 80. Arduino e BLE Supporto tramite un modulo esterno • MicroController integrato • Si connette direttamente alla porta Seriale di Arduino • Non richiede librerie aggiuntive • Consente di aggiornare il firmware • RedbearLab BLE MINI • Aggiungere supporto a progetti Wearable, Etc • Supporta iBeacon • Non supporta al momento ANCS
  • 81. BLE Firmata • Libreria Arduino fornita con BearLab BLE Shield • https://github.com/RedBearLab/Release/raw/master/BLEShield/ BLEShield_Library_v1.0.2.zip • Carichiamo su Arduino BLEFirmata.pde tramite l’IDE • Possiamo accedere tramite BLE a tutti gli input e gli output di Arduino dall’app iOS BLE Arduino Protocollo firmata.org formato MIDI • BLEFirmata.pde
  • 82. BLE Shield - Servizi • Unico Service
 UUID "713D0000-503E-4C75-BA94-3148F18D941E" • Due caratteristiche TX, RX • Leggiamo i dati dallo Shield attivando la notifica sulla caratteristica RX
 713D0002-503E-4C75-BA94-3148F18D941E • Scriviamo i dati sullo Shield aggiornando il valore della caratteristica TX
 713D0003-503E-4C75-BA94-3148F18D941E notify:ON RX write: bytes TX changed value: bytes RX
  • 83. BLE Chat - Arduino Code #include <Arduino.h> #include <SPI.h> #include "ble.h" ! unsigned char buf[16] = {0}; unsigned char len = 0; ! void setup() { // protocollo SPI per 
 // comunicare con lo shield SPI.setDataMode(SPI_MODE0); SPI.setBitOrder(LSBFIRST); SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV16 ); SPI.begin(); ble_begin(); // monitor seriale arduino Serial.begin(57600); void loop() { // leggi dal canale ble while ( ble_available() ) Serial.write(ble_read()); // leggo dalla seriale di arduino 
 // per 16 bytes o fino a n while ( Serial.available() ) { unsigned char c = Serial.read(); if (c != 0xD) { if (len < 16) buf[len++] = c; } else { // scrivo il buffer sullo shield BLE for (int i = 0; i < len; i++) ble_write(buf[i]); len = 0; } } } } ble_do_events();
  • 84. BLE Chat - iOS Code Connessione e discovery come esempio BLE Dump // Attivo la notifica sul service RX ! -(void) enableReadNotification:(CBPeripheral *)p { CBUUID *uuid_service = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString:@BLE_DEVICE_SERVICE_UUID]; CBUUID *uuid_char = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @BLE_DEVICE_RX_UUID]; } [self notification:uuid_service characteristicUUID:uuid_char p:p on:YES];
  • 85. BLE Chat - iOS Code Scrivo sulla caratteristica TX, NSData di max 16 Byte alla volta -(void) write:(NSData *)d { CBUUID *uuid_service = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @BLE_DEVICE_SERVICE_UUID]; CBUUID *uuid_char = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @BLE_DEVICE_TX_UUID]; [self writeValue:uuid_service characteristicUUID:uuid_char p:activePeripheral data:d]; }
  • 87. BLE Chat - Arduino Code ! #include <Arduino.h> ! ! unsigned char buf[16] = {0}; unsigned char len = 0; ! void setup() { // ble mini sulla // seconda seriale Serial1.begin(57600); } ! // monitor seriale arduino Serial.begin(57600); void loop() { // leggi dal canale ble while ( Serial1.available() ) Serial.write(Serial1.read()); // leggo dalla seriale di arduino 
 // per 16 bytes o fino a n while ( Serial.available() ) { unsigned char c = Serial.read(); if (c != 0xD) { if (len < 16) buf[len++] = c; } else { // scrivo sullo shield BLE for (int i = 0; i < len; i++) Serial1.write(buf[i]); len = 0; } } }
  • 88. BLE Mini Framework iBeacon RBL_SERVICE_UUID                   RBL_CHARACTERISTIC_IBEACON_UUID    RBL_CHARACTERISTIC_MAJOR_UUID      RBL_CHARACTERISTIC_MINOR_UUID      RBL_CHARACTERISTIC_POWER_UUID      ! ! @"B0702880-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" @"B0702881-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" @"B0702882-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" @"B0702883-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" @"B0702884-A295-A8AB-F734-031A98A512DE" Ci consentono di impostare via BLE quali saranno i valori per Identifier, UUID, MAJOR, MINOR, POWER ad es. ! -(void) writeUUID:(NSData *)uuid_bytes { CBUUID *uuid_service = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @RBL_SERVICE_UUID]; CBUUID *uuid_char = [[NSUUID alloc] initWithUUIDString: @ RBL_CHARACTERISTIC_IBEACON_UUID]; [self writeValue:uuid_service characteristicUUID:uuid_char p:activePeripheral data:d]; ! }
  • 89. Concludendo • Il firmware custom consente di realizzare • nuovi profili • nuovi servizi • nuove caratteristiche • Purtroppo sono necessari SDK proprietari per scrivere un nuovo firmware • Per la maggior parte dei casi bastano le caratteristiche esistenti • notifica RX e scrittura TX
  • 91. Creare un protocollo • Dimensione dei dati limitata (max 16 byte alla volta) • Capace di gestire disconnessioni frequenti • Errori di trasmissione, pacchetti incompleti • Facile debug
 
 Esempi • Firmata -> Protocollo Midi • MQTT • Protocollo ad hoc, Testo semplice Da costruire sulle caratteristiche RX / TX dei moduli BLE
  • 92. Firmata /* This protocol uses the MIDI message format! * ! * MIDI ! * type command channel first byte second byte ! *----------------------------------------------------------------------------! * analog I/O message 0xE0 pin # LSB(bits 0-6) MSB(bits 7-13)! * digital I/O message 0x90 port LSB(bits 0-6) MSB(bits 7-13)! * report analog pin 0xC0 pin # disable/enable(0/1) - n/a -! * report digital port 0xD0 port disable/enable(0/1) - n/a -! *! * sysex start 0xF0 ! * set pin mode(I/O) 0xF4 pin # (0-127) pin state(0=in)! * sysex end 0xF7 ! * protocol version 0xF9 major version minor version! * system reset 0xFF! *! */ comando 0xE0 pin LSB valore MSB valore
  • 93. Sensori Arduino • Parsing comandi iOS • Gestione comandi: • on / off sensore • abilita / disabilita invio pacchetti dati • Lettura Dati dal Sensore • Scrittura Pacchetto Dati iOS • On / Off Sensore • Abilita Notifiche Valore Sensore • Parsing Pacchetto dati Sensore • Visualizza Dati Sensore
  • 95. Smartwatch Arduino • Parsing comandi iOS • Gestione comandi: • on / off sensore iOS • On / Off Sensore • Abilita Notifiche Valore Sensore • abilita / disabilita invio pacchetti • Parsing Pacchetto dati • visualizza bitmap • Visualizza Dati Sensore • Invio messaggi sul display • Invio notifiche sul display dati • visualizza messaggio testo • reset • Lettura Dati dal Sensore • Scrittura Pacchetto Dati • Gestione del display Sensore
  • 96. Controllo remoto • 2 Motori indipendenti • Accelerometro • Magnetometro • Sensori ad infrarossi • Ultrasuoni
  • 97. Controllo Remoto Arduino • Parsing comandi iOS • Gestione comandi: • on / off sensore • abilita / disabilita invio pacchetti dati • Lettura Dati dal Sensore • Scrittura Pacchetto Dati • Gestione dei motori iOS • On / Off Sensore • Abilita Notifiche Valore Sensore • Parsing Pacchetto dati Sensore • Visualizza Dati Sensore • Invio velocita’ e angolo di sterzata
  • 98. Making Things Talk - Tom Igoe
  • 99. Controller per App Arduino • Parsing comandi iOS • Gestione comandi: • on / off sensore • abilita / disabilita invio pacchetti dati • Lettura Dati dal Sensore • Scrittura Pacchetto Dati iOS • On / Off Sensore • Abilita Notifiche Valore Sensore • Parsing Pacchetto dati Sensore • Gestione input sull’app
  • 100. Riepilogo • Grazie all’integrazione tra Arduino e iOS è possibile: • utilizzare sensori di ogni tipo e elaborare i dati in applicazioni iOS • pilotare robot e veicoli di vario tipo • realizzare controller per le applicazioni iOS • creare applicazioni context-sensitive grazie a iBeacon • Esistono limitazioni sulla piattaforma Bluetooth 4.0 non è ancora ampiamente diffusa • Il costo degli adattatori è ancora elevato
  • 102. Wearable Computing Soft circuits Internet of Things UAV Ubiquitous Computing
  • 103. Riepilogo • Col tempo si diffonderanno moltissimi tipi di accessori • da indossare • integrati negli oggetti di uso quotidiano • nelle auto • negli elettrodomestici • La possibilità di reagire all’ambiente circostante creerà nuovi tipi di app • reti personali, domotica, eventi, advertising, • luoghi pubblici, grande distribuzione, logistica • droni, robot