U-BLOX NINA W106 PROGRAMADO EM ARDUINO RECEBENDO COMANDOS DA ASSISTENTE DE VOZ AMAZON ALEXA - SIMULAÇÃO NO WOKWI

O objetivo deste BLOG é demonstrar como é possível utilizar programar o módulo U-BLOX NINA W106 com ARDUINO e comandá-lo via Assistente Alexa em Português.

"Alexa, em casa, ligue/desligue a lâmpada"

A execução é simulada no WOKWI.

Por Miguel ALEXAndre Wisintainer

UBLOX NINA W106

Wi-Fi 802.11b/g/n

Dual-Mode Bluetooth v4.2

Poderoso suporte de CPU aberta para aplicativos personalizados

Tamanho pequeno e várias opções de antena

Pino compatível com outros módulos NINA

Certificação global

Módulo baseado no ESP32

4Mb FLASH

Por Uri Shaked

Wokwi - Online Arduino and ESP32 Simulator

Best Open Source Simulator

Wokwi é um simulador de eletrônica online. Você pode usá-lo para simular Arduino, U-BLOX NINA W106 (ESP32) e muitas outras placas, componentes e sensores populares.

Simula várias partes (elementos Wokwi) como LEDs, shift registers, Buzzer, sensores (ultrassônico, temperatura, umidade etc. ) Display SSD, teclados e muito mais.

Você pode aprender programação Arduino onde quer que esteja. Nenhum hardware é necessário. Além de tudo isso, o simulador Arduino é totalmente gratuito!

SMARTCORE

A SmartCore fornece módulos para comunição wireless, biometria, conectividade, rastreamento e automação.

Nosso portifólio inclui modem 2G/3G/4G/NB-IoT/Cat.M, satelital, módulos WiFi, Bluetooth, GNSS / GPS, Sigfox, LoRa, leitor de cartão, leitor QR code, mecanismo de impressão, mini-board PC, antena, pigtail, LCD, bateria, repetidor GPS e sensores.

Mais detalhes em www.smartcore.com.br

ASSISTENTE ALEXA

A Amazon Alexa, por exemplo, é um serviço de assistente pessoal inteligente na nuvem onde pode ser solicitadas tarefas como realizar pesquisas, mandar executar uma lista de músicas ou questionar o horário atual. Segundo o site da Amazon Alexa, o serviço permite se conectar com dispositivos (AWS IoT Cor) e por meio da Web Service da Amazon, efetuar comandos de voz, interpretá-los e tomar uma ação correspondente.

AMAZON ECHO

A 3ª geração do popular Amazon Echo Dot controlado por voz vem com um novo design impressionante, um alto-falante mais potente e muitas funções inteligentes. Alexa responde a perguntas, lê notícias, fornece boletins meteorológicos, ajusta o alarme e controla dispositivos domésticos inteligentes compatíveis. E, claro, você também pode ouvir música. Transmita músicas da Amazon Music, Spotify, Tuneln ou outros serviços - e desfrute do som rico e alto. Tudo que você precisa fazer é dizer "Alexa" para despertar o dispositivo, e então este pequeno milagre tecnológico fará o que você quiser.

HORNBILL (AWS IOT)

Você pode encontrá-la em https://github.com/ExploreEmbedded/Hornbill-Examples, copie ela para a pasta:

C:\Users\tcpipchip\Desktop\BOOK\portable\packages\esp32\hardware\esp32\1.0.2\libraries\AWS_IOT

Ela permitirá que você se conecte ao servidor AWS IoT de forma segura, ou seja, com certificados. Feche o Arduino, copie para a pasta LIBRARIES de sua plataforma, no caso ESP32 e abra novamente o Arduino. O exemplo para AWS IoT é o pubSubTest que já alterada pelo autor.

#include <AWS_IOT.h>
#include <WiFi.h>

AWS_IOT hornbill;

char WIFI_SSID[]="Wokwi-GUEST";
char WIFI_PASSWORD[]="";
char HOST_ADDRESS[]="axdlxdfmj181lr-ats.iot.us-east-1.amazonaws.com";
char CLIENT_ID[]= "lamp";
char TOPIC_NAME[]= "$aws/things/lamp/shadow/update/accepted";


int status = WL_IDLE_STATUS;
int msgReceived = 0;
char payload[512];
char rcvdPayload[512];

void mySubCallBackHandler (char *topicName, int payloadLen, char *payLoad)
{
    strncpy(rcvdPayload,payLoad,payloadLen);
    rcvdPayload[payloadLen] = 0;
    msgReceived = 1;
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    delay(2000);

    while (status != WL_CONNECTED)
    {
        Serial.print("Attempting to connect to SSID: ");
        Serial.println(WIFI_SSID);
        // Connect to WPA/WPA2 network. Change this line if using open or WEP network:
        status = WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

        // wait 5 seconds for connection:
        delay(5000);
    }

    Serial.println("Connected to wifi");

    if(hornbill.connect(HOST_ADDRESS,CLIENT_ID)== 0)
    {
        Serial.println("Connected to AWS");
        delay(1000);

        if(0==hornbill.subscribe(TOPIC_NAME,mySubCallBackHandler))
        {
            Serial.println("Subscribe Successfull");
        }
        else
        {
            Serial.println("Subscribe Failed, Check the Thing Name and Certificates");
            while(1);
        }
    }
    else
    {
        Serial.println("AWS connection failed, Check the HOST Address");
        while(1);
    }
    delay(2000);

}

void loop() {
    if(msgReceived == 1)
    {
        msgReceived = 0;
        Serial.print("Received Message:");
        Serial.println(rcvdPayload);
    }
    vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS); 
}

Para começar a fazer uso da LIB, deve incluir arquivos de cabeçalho AWS_IOT.h, WiFi.h para configurar uma conexão com o hub do AWSIoT

Digite seu endereço de host do servidor AWS IoT, identificação do cliente e o tópico, no caso do CLIENT_ID, pode ser um nome qualquer.

Sobre o Software: ç

1. Primeiro, conecte-se ao AP e adquira um endereço IP.

2. Então tenta se conectar ao servidor MQTT Broker. Essa etapa demora um pouco mais para verificar o certificado e estabelecer conexão TLS.

Quando a conexão TLS é estabelecida, você pode ver que "Connected to AWS” e “Subscribe Successfull" são impressos no log.

3. Então publicará seu status atual usando o tópico: “$aws/things/lamp/shadow/update/accepted ", com payload no formato AWS IoT Shadow JSON

Os certificados devem ser salvos em aws_iot_certficates.c (pegue na AMAZON)

*
 * Copyright 2010-2015 Amazon.com, Inc. or its affiliates. All Rights Reserved.
 * Additions Copyright 2016 Espressif Systems (Shanghai) PTE LTD
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License").
 * You may not use this file except in compliance with the License.
 * A copy of the License is located at
 *
 *  http://aws.amazon.com/apache2.0
 *
 * or in the "license" file accompanying this file. This file is distributed
 * on an "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either
 * express or implied. See the License for the specific language governing
 * permissions and limitations under the License.
 */

/**
 * @file aws_iot_certifcates.c
 * @brief File to store the AWS certificates in the form of arrays
 */

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

const char aws_root_ca_pem[] = {"-----BEGIN CERTIFICATE-----\n\
MIIDQTCCAimgAwIBAgITBmyfz5m/jAo54vB4ikPmljZbyjANBgkqhkiG9w0BAQsF\n\
ADA5MQswCQYDVQQGEwJVUzEPMA0GA1UEChMGQW1hem9uMRkwFwYDVQQDExBBbWF6\n\
b24gUm9vdCBDQSAxMB4XDTE1MDUyNjAwMDAwMFoXDTM4MDExNzAwMDAwMFowOTEL\n\
MAkGA1UEBhMCVVMxDzANBgNVBAoTBkFtYXpvbjEZMBcGA1UEAxMQQW1hem9uIFJv\n\
b3QgQ0EgMTCCASIwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADggEPADCCAQoCggEBALJ4gHHKeNXj\n\
ca9HgFB0fW7Y14h29Jlo91ghYPl0hAEvrAIthtOgQ3pOsqTQNroBvo3bSMgHFzZM\n\
9O6II8c+6zf1tRn4SWiw3te5djgdYZ6k/oI2peVKVuRF4fn9tBb6dNqcmzU5L/qw\n\
IFAGbHrQgLKm+a/sRxmPUDgH3KKHOVj4utWp+UhnMJbulHheb4mjUcAwhmahRWa6\n\
VOujw5H5SNz/0egwLX0tdHA114gk957EWW67c4cX8jJGKLhD+rcdqsq08p8kDi1L\n\

MQTT

Para os dispositivos de Internet das Coisas (IoT), a conexão com a Internet é um requisito. A conexão com a Internet permite que os dispositivos trabalhem entre si e com serviços de backend. O protocolo de rede subjacente da Internet é o TCP/IP. Desenvolvido com base na pilha TCP/IP, o MQTT (Message Queue Telemetry Transport) tornou-se o padrão para comunicações de IoT.

É um protocolo de mensagens de publicação/assinatura, extremamente simples e leve, projetado para dispositivos restritos e redes de baixa largura de banda, alta latência ou não confiáveis. Os princípios de design são minimizar a largura de banda da rede e os requisitos de recursos do dispositivo, ao mesmo tempo em que tentam garantir a confiabilidade e algum grau de garantia de entrega. Esses princípios também acabam por tornar o protocolo ideal do emergente mundo "máquina para máquina" (M2M) ou "Internet das Coisas" de dispositivos conectados, e para aplicativos móveis onde a largura de banda e a bateria estão em um prêmio.

INTERFACEANDO COM ASSISTENTE DE VOZ ALEXA

AWS IoT Core

O AWS IoT Core é uma plataforma que permite que você conecte dispositivos a serviços da AWS e outros dispositivos, proteja dados e interações, processe e haja de acordo com os dados do dispositivo e permita que os aplicativos interajam com dispositivos mesmo quando estiverem off-line.

Os dados são armazenados em um local que recebe o nome de Thing Shadow, use tópicos para habilitar aplicativos e coisas para obter, atualizar ou excluir as informações do estado para uma Coisa.

Utiliza MQTT.

Amazon Alexa

O Amazon Alexa é um serviço de voz na nuvem da Amazon que permite que os desenvolvedores controlem por voz os serviços da Amazon conectados. Um aplicativo exemplo é o Amazon Echo, que é um assistente de controle de voz. Quando os usuários falam com o Amazon Echo, ele analisa a voz recebida e faz uma resposta apropriada. Neste exemplo, apresenta-se como conectar os serviços da Amazon (incluindo o Amazon Alexa, o AWS Lambda, o AWS IoT Core, o AWS IAM) e utilizar o Amazon Alexa para controlar a Lâmpada no U-BLOX NINA W106.

Skill

O Amazon Alexa Skills Kit (ASK) é um serviço de voz. Ele pode ser conectado a serviços da nuvem e o usuário pode controlar por voz os serviços conectados e receber resposta de voz. O recurso de análise de voz fornecido pelo Amazon Alexa está pronto para uso, faz com que os desenvolvedores possam se concentrar no design do serviço em nuvem e no modelo de interação do usuário.

Amazon AWS Lambda

O Amazon AWS Lambda é um serviço de computação. As linguagens de programação suportadas inclui o Node.js, o Python e o java. O Lambda permite que os usuários configurem os recursos requeridos pelo cálculo (como memória, tempo de computação).

Os três juntos (AMAZON ALEXA, LAMBDA, AWS IoT Core)

Os três elementos basicamente trabalham em conjunto:

(1) Quando um usuário diz "Lâmpada ligue" para o dispositivo de teste (que suporta Amazon Alexa), Amazon Alexa analisa o comando de voz de acordo com o esquema e o arquivo das declarações de amostra (fornecido pelo usuário antes) e gera intenção JSON.

(2) Amazon Alexa envia a intenção JSON para o AWS Lambda. De acordo com a intenção, o serviço Lambda envia uma mensagem de atualização para o serviço AWS IoT Core Shadow.

(3) O serviço AWS IoT Core Shadow atualiza o estado de sombra de acordo com a mensagem de atualização do serviço Lambda.

(3.1) Se o U-BLOX NINA W106 estiver on-line e tiver assinado o serviço de sombra, o U-BLOX NINA W106 ativa o LED.

(3.2) Em seguida, o Lambda gera a mensagem de resposta de texto e voz e envia para o Amazon Alexa.

(4) Finalmente, o usuário pode ouvir a mensagem de voz para indicar que o LED foi acionado com sucesso.

(5) Quando um usuário diz "Temperatura sala" para o dispositivo de teste (que suporta Amazon Alexa), Amazon Alexa analisa o comando de voz de acordo com o esquema e o arquivo das declarações de amostra (fornecido pelo usuário antes) e gera intenção JSON também e o procedimento é o mesmo para os itens anteriores.

MONTANDO AS REGRAS NO ASSISTENTE DE VOZ ALEXA (Resumo)

Primeiramente cria-se uma skill na Amazon Alexa. Para isso, primeiro cadastra-se o nome de invocação. Esse nome de invocação é o nome que o Amazon Alexa irá identificar que se trata da skill criada. Em seguida, são criadas as ações ou intents, que o Amazon Alexa irá solicitar ao Amazon Lambda que seja executado cada comando.

Os comandos são criados na tela de intents. Para ativar a execução de um intent, podem ser criados diversos comandos. Ou seja, quando se quer que através de diversas maneiras de falar apenas uma específica ação seja executada, cria-se uma lista de comando para apenas um intent. Pode-se observar que o comando contém uma palavra entre chaves. Esta palavra chama-se slot. Um slot é uma espécie de variável, onde os seus valores podem ser previamente definidos.

Cada intent é uma ação. Cada ação pode ter um ou mais comandos. Cada comando pode ou não ter um slot. No comando de acender ou apagar o quarto verde vê-se que tem apenas um comando com um slot. Já na ação (intent) de acender ou apagar todas as luzes vê-se três comandos, ou três formas de chamar esta ação.

SERVIDOR LAMBDA

O AWS Lambda da Amazon é uma plataforma que permite que o usuário, ou cliente, pague apenas o que consumir. Disponibiliza processamento sempre que preciso, ou até quando agendado que seja executado automaticamente.

Com a alta disponibilidade, o usuário apenas fornece seu código, ou cria a sua Função do Lambda, como é chamado. Cada função é gerenciada pela Amazon, desde a disponibilidade de execução e segurança. Com o AWS Lambda pode-se conectar com outros serviços da Amazon, como o AWS IoT Core e a Amazon Alexa.

Principais pontos do programa

OBS: ASSISTENTE ALEXA CONVERSA COM LAMBDA QUE ENTÃO CONVERSA COM AWS IoT CORE E FINALMENTE O MÓDULO U-BLOX NINA W106.

AWS IoT Core

A função da Amazon voltada para a Internet das Coisas (AWS IoT Core) permite conectar dispositivos à Internet para que se possam ser transmitidos dados, armazenados e analisados. Muitos tipos de objetos são usados nas aplicações para Internet das Coisas, desde câmeras de segurança a refrigeradores. Seja qual for o dispositivo desde que possa ser ligado, pode fazer parte do IoT. Essas aplicações tornaram dados antigamente inúteis em dados importantes para os usuários.

A Amazon oferece uma plataforma de Internet of Things (Internet das Coisas) onde se gerenciam dispositivos na nuvem facilmente. Podem-se criar aplicações que processam ou analisam informações de dispositivos conectados sem necessitar que o cliente tenha uma infraestrutura. O AWS IoT Core permite suporte ao protocolo HTTP e MQTT, que visa reduzir consumo de dados na rede. Estes protocolos utilizam suas respectivas portas para acesso aos serviços.

Certificados

aws-iot-private.pem.key

aws-iot-certificate.pem.crt

AmazonRootCA1.pem

PROGRAMANDO COM ARDUINO

O projeto no ARDUINO

Define as credenciais para acessar o servidor AWS IoT;
Conecta no servidor AWS IoT;
Inscreve em um tópico;
Aguarda que o LAMBDA publique algo neste Tópico;
Verifica o que foi publicado para então acionar ou não uma Lâmpada.

Registre onde foi gerado o BIN.

No Wokwi, crie e desenhe o projeto abaixo

Execução

Clicando no Sketch (pode deixar vazio), pressione F1 e escolha

LOAD HEX FILE AND SIMULATE

e então COLE o BIN gerado pelo ARDUINO

Execução no Wokwi

Execução (falando com AMAZON ECHO)

Abaixo a execução do programa, basicamente o U-BLOX W106 a qualquer momento aguarda uma mensagem da Amazon Alexa vem para solicitar que apague ou acenda uma lâmpada, o pacote JSON é recebido.