App Inventor Clavier matriciel ESP32

Envoi d’un message du clavier matriciel 4×4 avec ESP32 au smartphone via bluetooth

10-04-22 2145

But de ce tutoriel:

La carte ESP32 est une carte de développement électronique qui intègre un microcontrôleur et un module WiFi et Bluetooth. Elle peut être utilisée pour créer des projets de robotique, de domotique et de développement de matériel électronique.

Le module Bluetooth intégré à la carte ESP32 permet de connecter la carte à d’autres dispositifs Bluetooth, tels que des smartphones, des ordinateurs portables, des enceintes Bluetooth et des accessoires de fitness. Il peut être utilisé pour envoyer et recevoir des données, ainsi que pour établir des connexions à distance avec d’autres dispositifs.

Dans ce tutoriel on va voir comment envoyer un message de la carte ESP32 vers le smarthpone via bluetooth en utilisant le clavier matriciel. C’est pour cela, on va créer deux programmes: une application mobile avec App Inventor pour le smartphone et un programme pour la carte ESP32.

Composants nécessaires :

Carte ESP32

ESP32 est une carte de développement électronique basée sur le microcontrôleur ESP32 de la société Espressif. Il s’agit d’un microcontrôleur à double cœur avec un processeur principal Xtensa LX6 et un processeur secondaire dedié au traitement du signal. La carte ESP32 est conçue pour être utilisée dans les applications IoT (Internet des objets) et comprend une variété de fonctionnalités pour faciliter la communication avec d’autres dispositifs et l’accès à Internet.

Voici quelques-unes des principales caractéristiques de la carte ESP32 :

Bluetooth et WiFi : La carte ESP32 inclut un module WiFi et Bluetooth pour faciliter la communication sans fil avec d’autres dispositifs.
Connectivité : La carte ESP32 est équipée de plusieurs ports de communication, tels que USB, UART, I2C et SPI, ce qui la rend idéale pour la communication avec d’autres composants électroniques.
Mémoire : La carte ESP32 dispose de 512 Ko de mémoire flash et de 8 Mo de RAM.
Energie : La carte ESP32 est alimentée par une tension de 3,3 V et est dotée d’un circuit de gestion de l’alimentation pour gérer les périodes de veille et d’arrêt.
Logiciels : La carte ESP32 est compatible avec un large éventail de logiciels de développement, tels que Arduino, ESP-IDF et MicroPython. Cela permet aux développeurs de choisir le logiciel de développement qui leur convient le mieux.

clavier matriciel 4×4

Un clavier matriciel 4×4 est un type de clavier qui utilise une grille de 4 colonnes et 4 lignes de touches pour entrer des données. Chaque touche est associée à une combinaison unique de lignes et de colonnes, ce qui permet de détecter la touche appuyée en mesurant la résistance entre les lignes et les colonnes.

Les claviers matriciels 4×4 sont couramment utilisés dans les applications où il est nécessaire de conserver de l’espace, comme les télécommandes, les appareils électroniques portables et les dispositifs de contrôle industriels. Ils sont également souvent utilisés dans les projets de loisir et de bricolage, comme les projets de robotique et de domotique.

Plaque d’essai

Une plaque d’essai est un type de carte de développement électronique qui permet aux développeurs de tester et de prototyper facilement des circuits électroniques. Elles sont souvent utilisées par les développeurs pour tester rapidement des idées et des conceptions avant de les intégrer à un projet plus important ou de les intégrer dans une carte de développement plus permanente.

Les plaques d’essai sont généralement basées sur un microcontrôleur, qui est un processeur facile à utiliser et à programmer qui peut être utilisé pour contrôler une variété de circuits électroniques. Les plaques d’essai incluent généralement des broches d’extension qui permettent de connecter facilement des composants électroniques tels que des capteurs, des afficheurs, des moteurs et d’autres composants.

des fils de connexion

Les fils de connexion sont des fils électriques utilisés pour connecter des composants électroniques à une carte de développement ESP32. Ils sont généralement utilisés pour connecter des capteurs, des actionneurs, des afficheurs et d’autres composants à la carte ESP32 afin de créer des circuits électroniques.

Il existe deux types de fils de connexion: les fils de connexion mâle-mâle et les fils de connexion mâle-femelle. Les fils de connexion mâle-mâle sont utilisés pour connecter des composants qui ont tous deux des broches mâles, tandis que les fils de connexion mâle-femelle sont utilisés pour connecter des composants avec une broche mâle et une broche femelle.

Les fils de connexion sont généralement fabriqués en cuivre ou en alliage de cuivre et sont revêtus d’un isolant en plastique pour protéger les fils électriques et empêcher les courts-circuits. Ils sont disponibles dans une variété de couleurs pour aider à identifier et organiser les différents fils dans un circuit.

Montage

On connecte les 8 sorties du clavier aux 8 broches de la carte ESP32 suivant cet ordre: D2, D4, D5, D18, D19, D16, D15 et D23.

Programme micropython

Voici les programmes qui permettent de connecter la carte ESP32 au smartphone et d’envoyer un message par bluetooth en utilisant le clavier matriciel 4×4.

boot.py

from machine import Pin
from esp_ble_uart import *
from time import sleep
import utime
import machine
import time

nom = 'ESP32-ble-uart-gcworks'
UUID_UART = '6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'
UUID_TX = '6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'
UUID_RX = '6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'
val_rx = "12"

uart = Bleuart(nom, UUID_UART, UUID_TX, UUID_RX)
uart.close()

WIDTH  = 128                                            
HEIGHT = 64                                             

# CONSTANTS
KEY_UP   = const(0)
KEY_DOWN = const(1)

keys = [['1', '2', '3', 'A'], ['4', '5', '6', 'B'], ['7', '8', '9', 'C'], ['*', '0', '#', 'D']]

# Pin names for Pico
cols = [19,16,15,23]
rows = [2,4,5,18]

# set pins for rows as outputs
row_pins = [Pin(pin_name, mode=Pin.OUT) for pin_name in rows]

# set pins for cols as inputs
col_pins = [Pin(pin_name, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_DOWN) for pin_name in cols]

def init():
    for row in range(0,4):
        for col in range(0,4):
            row_pins[row].value(0)

def scan(row, col):
    """ scan the keypad """

    # set the current column to high
    row_pins[row].value(1)
    key = None

    # check for keypressed events
    if col_pins[col].value() == KEY_DOWN:
        key = KEY_DOWN
    if col_pins[col].value() == KEY_UP:
        key = KEY_UP
    row_pins[row].value(0)

    # return the key state
    return key

print("starting")

def rcp_rx():
    global val_rx
    if uart.any():
        while uart.any():
          val_rx = uart.read().decode().strip()
          print('sur rx: ', val_rx)               # Interruption : affichage donn闁肩厧宕榮 re闁煎墽鎯甧s

def env_tx(val_tx):
    uart.write(str(val_tx) + '\n')
    print("tx", val_tx)

# set all the columns to low
init()
message=""
while True:
    uart.irq(handler=rcp_rx)
    for row in range(4):
        for col in range(4):
            key = scan(row, col)
            if key == KEY_DOWN:
                print("Key Pressed", keys[row][col])
                message=message+keys[row][col]
                env_tx(message) # envoi du caractere associe à la touche presse au smartphone
                last_key_press = keys[row][col]
                time.sleep_ms(1000)

from machine import Pin

from esp_ble_uart import *

from time import sleep

import utime

import machine

import time

nom = 'ESP32-ble-uart-gcworks'

UUID_UART = '6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'

UUID_TX = '6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'

UUID_RX = '6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'

val_rx = "12"

uart = Bleuart(nom, UUID_UART, UUID_TX, UUID_RX)

uart.close()

WIDTH = 128

HEIGHT = 64

# CONSTANTS

KEY_UP = const(0)

KEY_DOWN = const(1)

keys = [['1', '2', '3', 'A'], ['4', '5', '6', 'B'], ['7', '8', '9', 'C'], ['*', '0', '#', 'D']]

# Pin names for Pico

cols = [19,16,15,23]

rows = [2,4,5,18]

# set pins for rows as outputs

row_pins = [Pin(pin_name, mode=Pin.OUT) for pin_name in rows]

# set pins for cols as inputs

col_pins = [Pin(pin_name, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_DOWN) for pin_name in cols]

def init():

for row in range(0,4):

for col in range(0,4):

row_pins[row].value(0)

def scan(row, col):

""" scan the keypad """

# set the current column to high

row_pins[row].value(1)

key = None

# check for keypressed events

if col_pins[col].value() == KEY_DOWN:

key = KEY_DOWN

if col_pins[col].value() == KEY_UP:

key = KEY_UP

row_pins[row].value(0)

# return the key state

return key

print("starting")

def rcp_rx():

global val_rx

if uart.any():

while uart.any():

val_rx = uart.read().decode().strip()

print('sur rx: ', val_rx) # Interruption : affichage donn闁肩厧宕榮 re闁煎墽鎯甧s

def env_tx(val_tx):

uart.write(str(val_tx) + '\n')

print("tx", val_tx)

# set all the columns to low

init()

message=""

while True:

uart.irq(handler=rcp_rx)

for row in range(4):

for col in range(4):

key = scan(row, col)

if key == KEY_DOWN:

print("Key Pressed", keys[row][col])

message=message+keys[row][col]

env_tx(message) # envoi du caractere associe à la touche presse au smartphone

last_key_press = keys[row][col]

time.sleep_ms(1000)

esp_ble_uart.py

from micropython import const
import struct
import bluetooth

# Advertising payloads are repeated packets of the following form:
#   1 byte data length (N + 1)
#   1 byte type (see constants below)
#   N bytes type-specific data

_ADV_TYPE_FLAGS = const(0x01)
_ADV_TYPE_NAME = const(0x09)
_ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE = const(0x3)
_ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE = const(0x5)
_ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE = const(0x7)
_ADV_TYPE_UUID16_MORE = const(0x2)
_ADV_TYPE_UUID32_MORE = const(0x4)
_ADV_TYPE_UUID128_MORE = const(0x6)
_ADV_TYPE_APPEARANCE = const(0x19)

_IRQ_CENTRAL_CONNECT = const(1 << 0)
_IRQ_CENTRAL_DISCONNECT = const(1 << 1)
_IRQ_GATTS_WRITE = const(1 << 2)

# org.bluetooth.characteristic.gap.appearance.xml
_ADV_APPEARANCE_GENERIC_COMPUTER = const(128)

# Generate a payload to be passed to gap_advertise(adv_data=...).
def advertising_payload(limited_disc=False, br_edr=False, name=None, services=None, appearance=0):
    payload = bytearray()

    def _append(adv_type, value):
        nonlocal payload
        payload += struct.pack('BB', len(value) + 1, adv_type) + value

    _append(_ADV_TYPE_FLAGS, struct.pack('B', (0x01 if limited_disc else 0x02) + (0x00 if br_edr else 0x04)))

    if name:
        _append(_ADV_TYPE_NAME, name)

    if services:
        for uuid in services:
            b = bytes(uuid)
            if len(b) == 2:
                _append(_ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE, b)
            elif len(b) == 4:
                _append(_ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE, b)
            elif len(b) == 16:
                _append(_ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE, b)

    # See org.bluetooth.characteristic.gap.appearance.xml
    _append(_ADV_TYPE_APPEARANCE, struct.pack('<h', appearance))

    return payload

def decode_field(payload, adv_type):
    i = 0
    result = []
    while i + 1 < len(payload):
        if payload[i + 1] == adv_type:
            result.append(payload[i + 2:i + payload[i] + 1])
        i += 1 + payload[i]
    return result

def decode_name(payload):
    n = decode_field(payload, _ADV_TYPE_NAME)
    return str(n[0], 'utf-8') if n else ''

def decode_services(payload):
    services = []
    for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE):
        services.append(bluetooth.UUID(struct.unpack('<h', u)[0]))
    for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE):
        services.append(bluetooth.UUID(struct.unpack('<d', u)[0]))
    for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE):
        services.append(bluetooth.UUID(u))
    return services

class Bleuart:
    def __init__(self, name, UUID_UART, UUID_TX, UUID_RX, rxbuf=100):

        _UART_UUID = bluetooth.UUID(UUID_UART,)
        _UART_TX = (bluetooth.UUID(UUID_TX), bluetooth.FLAG_NOTIFY,)
        _UART_RX = (bluetooth.UUID(UUID_RX), bluetooth.FLAG_WRITE,)
        _UART_SERVICE = (_UART_UUID, (_UART_TX, _UART_RX,),)

        self._ble = bluetooth.BLE()
        self._ble.active(True)
        self._ble.irq(handler=self._irq)
        ((self._tx_handle, self._rx_handle,),) = self._ble.gatts_register_services((_UART_SERVICE,))
        # Increase the size of the rx buffer and enable append mode.
        self._ble.gatts_set_buffer(self._rx_handle, rxbuf, True)
        self._connections = set()
        self._rx_buffer = bytearray()
        self._handler = None
        # Optionally add services=[_UART_UUID], but this is likely to make the payload too large.
        self._payload = advertising_payload(name=name, appearance=_ADV_APPEARANCE_GENERIC_COMPUTER)
        self._advertise()

    def irq(self, handler):
        self._handler = handler

    def _irq(self, event, data):
        # Track connections so we can send notifications.
        if event == _IRQ_CENTRAL_CONNECT:
            conn_handle, _, _, = data
            self._connections.add(conn_handle)
        elif event == _IRQ_CENTRAL_DISCONNECT:
            conn_handle, _, _, = data
            if conn_handle in self._connections:
                self._connections.remove(conn_handle)
            # Start advertising again to allow a new connection.
            self._advertise()
        elif event == _IRQ_GATTS_WRITE:
            conn_handle, value_handle, = data
            if conn_handle in self._connections and value_handle == self._rx_handle:
                self._rx_buffer += self._ble.gatts_read(self._rx_handle)
                if self._handler:
                    self._handler()

    def any(self):
        return len(self._rx_buffer)

    def read(self, sz=None):
        if not sz:
            sz = len(self._rx_buffer)
        result = self._rx_buffer[0:sz]
        self._rx_buffer = self._rx_buffer[sz:]
        return result

    def write(self, data):
        for conn_handle in self._connections:
            self._ble.gatts_notify(conn_handle, self._tx_handle, data)

    def close(self):
        for conn_handle in self._connections:
            self._ble.gap_disconnect(conn_handle)
        self._connections.clear()

    def _advertise(self, interval_us=500000):
        self._ble.gap_advertise(interval_us, adv_data=self._payload)

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from micropython import const

import struct

import bluetooth

# Advertising payloads are repeated packets of the following form:

# 1 byte data length (N + 1)

# 1 byte type (see constants below)

# N bytes type-specific data

_ADV_TYPE_FLAGS = const(0x01)

_ADV_TYPE_NAME = const(0x09)

_ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE = const(0x3)

_ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE = const(0x5)

_ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE = const(0x7)

_ADV_TYPE_UUID16_MORE = const(0x2)

_ADV_TYPE_UUID32_MORE = const(0x4)

_ADV_TYPE_UUID128_MORE = const(0x6)

_ADV_TYPE_APPEARANCE = const(0x19)

_IRQ_CENTRAL_CONNECT = const(1 << 0)

_IRQ_CENTRAL_DISCONNECT = const(1 << 1)

_IRQ_GATTS_WRITE = const(1 << 2)

# org.bluetooth.characteristic.gap.appearance.xml

_ADV_APPEARANCE_GENERIC_COMPUTER = const(128)

# Generate a payload to be passed to gap_advertise(adv_data=...).

def advertising_payload(limited_disc=False, br_edr=False, name=None, services=None, appearance=0):

payload = bytearray()

def _append(adv_type, value):

nonlocal payload

payload += struct.pack('BB', len(value) + 1, adv_type) + value

_append(_ADV_TYPE_FLAGS, struct.pack('B', (0x01 if limited_disc else 0x02) + (0x00 if br_edr else 0x04)))

if name:

_append(_ADV_TYPE_NAME, name)

if services:

for uuid in services:

b = bytes(uuid)

if len(b) == 2:

_append(_ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE, b)

elif len(b) == 4:

_append(_ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE, b)

elif len(b) == 16:

_append(_ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE, b)

# See org.bluetooth.characteristic.gap.appearance.xml

_append(_ADV_TYPE_APPEARANCE, struct.pack('<h', appearance))

return payload

def decode_field(payload, adv_type):

i = 0

result = []

while i + 1 < len(payload):

if payload[i + 1] == adv_type:

result.append(payload[i + 2:i + payload[i] + 1])

i += 1 + payload[i]

return result

def decode_name(payload):

n = decode_field(payload, _ADV_TYPE_NAME)

return str(n[0], 'utf-8') if n else ''

def decode_services(payload):

services = []

for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID16_COMPLETE):

services.append(bluetooth.UUID(struct.unpack('<h', u)[0]))

for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID32_COMPLETE):

services.append(bluetooth.UUID(struct.unpack('<d', u)[0]))

for u in decode_field(payload, _ADV_TYPE_UUID128_COMPLETE):

services.append(bluetooth.UUID(u))

return services

class Bleuart:

def __init__(self, name, UUID_UART, UUID_TX, UUID_RX, rxbuf=100):

_UART_UUID = bluetooth.UUID(UUID_UART,)

_UART_TX = (bluetooth.UUID(UUID_TX), bluetooth.FLAG_NOTIFY,)

_UART_RX = (bluetooth.UUID(UUID_RX), bluetooth.FLAG_WRITE,)

_UART_SERVICE = (_UART_UUID, (_UART_TX, _UART_RX,),)

self._ble = bluetooth.BLE()

self._ble.active(True)

self._ble.irq(handler=self._irq)

((self._tx_handle, self._rx_handle,),) = self._ble.gatts_register_services((_UART_SERVICE,))

# Increase the size of the rx buffer and enable append mode.

self._ble.gatts_set_buffer(self._rx_handle, rxbuf, True)

self._connections = set()

self._rx_buffer = bytearray()

self._handler = None

# Optionally add services=[_UART_UUID], but this is likely to make the payload too large.

self._payload = advertising_payload(name=name, appearance=_ADV_APPEARANCE_GENERIC_COMPUTER)

self._advertise()

def irq(self, handler):

self._handler = handler

def _irq(self, event, data):

# Track connections so we can send notifications.

if event == _IRQ_CENTRAL_CONNECT:

conn_handle, _, _, = data

self._connections.add(conn_handle)

elif event == _IRQ_CENTRAL_DISCONNECT:

conn_handle, _, _, = data

if conn_handle in self._connections:

self._connections.remove(conn_handle)

# Start advertising again to allow a new connection.

self._advertise()

elif event == _IRQ_GATTS_WRITE:

conn_handle, value_handle, = data

if conn_handle in self._connections and value_handle == self._rx_handle:

self._rx_buffer += self._ble.gatts_read(self._rx_handle)

if self._handler:

self._handler()

def any(self):

return len(self._rx_buffer)

def read(self, sz=None):

if not sz:

sz = len(self._rx_buffer)

result = self._rx_buffer[0:sz]

self._rx_buffer = self._rx_buffer[sz:]

return result

def write(self, data):

for conn_handle in self._connections:

self._ble.gatts_notify(conn_handle, self._tx_handle, data)

def close(self):

for conn_handle in self._connections:

self._ble.gap_disconnect(conn_handle)

self._connections.clear()

def _advertise(self, interval_us=500000):

self._ble.gap_advertise(interval_us, adv_data=self._payload)

Création de l’application avec App Inventor:

On va créer une application mobile nommée ‘esp32_clavier’ avec App Inventor qui permet de recevoir un message de la carte ESP32.

On vous propose donc de réaliser le design de l’application, avec le visuel suivant:

Programmation avec App Inventor

Pour programmer l’application, App Inventor nous propose d’utiliser L’espace Blocs qui permet de créer un programme sous forme de schéma bloc. Très simple d’utilisation mais nécessitant un peu de logique de programmation.

Voici le programme de l’application réalisée dans l’espace Blocs de l’App Inventor: