Trasformare Arduino in Mouse e Tastiera: Guida all’Emulazione con HID

Nel mondo dell’elettronica e del DIY (Do It Yourself), Arduino si è affermato come uno strumento indispensabile per hobbisti, educatori e professionisti, grazie alla sua versatilità e facilità d’uso. Uno degli aspetti più intriganti di Arduino è la sua capacità di emulare altri dispositivi hardware, come tastiere e mouse, tramite le funzionalità Human Interface Device (HID).

Questo articolo esplorerà come le versioni Arduino R4 possono sfruttare le librerie Keyboard.h e Mouse.h per trasformare semplici pulsanti in sofisticati strumenti di input, ampliando enormemente le potenzialità di questo piccolo ma potente dispositivo.

Dall’incrementare un contatore premendo un bottone fino a controllare il cursore del vostro computer in modi innovativi, vi guideremo attraverso esempi pratici e consigli utili per sfruttare al meglio queste funzionalità HID, trasformando il vostro Arduino in un dispositivo ancora più versatile e funzionale.

Funzionalità HID di Arduino UNO R4

Le versioni R4 di Arduino offrono agli utenti esperti nel campo dell’elettronica la capacità avanzata di replicare le funzioni di dispositivi di input standard, come tastiere e mouse, attraverso l’implementazione di specifiche librerie software. Questo processo si basa sull’utilizzo delle librerie Keyboard.h e Mouse.h, che sono state appositamente sviluppate per consentire ad Arduino di assumere le funzioni di una tastiera o di un mouse. In pratica, ciò significa che, collegando la scheda Arduino al computer, gli utenti possono programmare l’Arduino per interpretare i segnali inviati e comportarsi come se fosse una tastiera o un mouse fisico. Questa funzionalità apre nuove possibilità per la progettazione di interfacce utente personalizzate e dispositivi di input innovativi, rendendo Arduino una soluzione versatile per progetti che richiedono una comunicazione diretta con il software del computer attraverso meccanismi di input convenzionali. Questa capacità estende notevolmente l’ambito di applicazione di Arduino in progetti di elettronica, offrendo agli sviluppatori la flessibilità di creare soluzioni personalizzate per le esigenze specifiche dei loro progetti.

Emulare una tastiera con Arduino UNO R4

Per realizzare un’emulazione di tastiera con Arduino, è possibile sfruttare un approccio semplice e intuitivo che coinvolge l’uso di pulsanti fisici e la programmazione della scheda per interpretare le pressioni dei pulsanti come input. Questo esempio specifico dimostra come utilizzare tre pulsanti collegati ai pin digitali 2, 3 e 4 di un Arduino per gestire un conteggio che può essere visualizzato su un editor di testo, inclusa l’IDE stessa di Arduino.

La configurazione dei pin in modalità INPUT_PULLUP consente di semplificare la parte hardware dell’esperimento, eliminando la necessità di collegare resistori esterni. In questa configurazione, i pin sono normalmente in uno stato alto (HIGH), e quando un pulsante viene premuto, il pin corrispondente viene portato a uno stato basso (LOW).

Il funzionamento dello sketch è strutturato come segue:

1. Quando il pulsante connesso al pin 2 viene premuto, il conteggio aumenta di 1. Questo pulsante funge da incremento unitario per il conteggio.
2. Premendo il pulsante collegato al pin 3, il conteggio aumenta di 2, offrendo un modo per avanzare più rapidamente nel conteggio.
3. Il pulsante connesso al pin 4 agisce come un reset, portando il conteggio a 0 ogni volta che viene premuto.

L’uso della libreria Keyboard.h è fondamentale in questo esperimento. L’istruzione Keyboard.begin() viene chiamata per attivare la funzionalità di emulazione della tastiera ogni volta che un pulsante viene premuto. Successivamente, la funzione Keyboard.print(cont) viene utilizzata per inviare il valore attuale del conteggio all’editor di testo, permettendo così di visualizzare l’avanzamento del conteggio in tempo reale. Il valore cont rappresenta la variabile intera utilizzata per tenere traccia del conteggio.

Questo esperimento non solo illustra l’interazione hardware-software con Arduino ma fornisce anche un esempio pratico di come la programmazione di Arduino possa essere utilizzata per creare interfacce utente personalizzate e interattive.

#include <Keyboard.h> int cont = 0, PB2, PB3, PB4; void setup() { pinMode(2, INPUT_PULLUP); pinMode(3, INPUT_PULLUP); pinMode(4, INPUT_PULLUP); } void loop() { PB2 = digitalRead(2); if (PB2 == 0) { Keyboard.begin(); delay(1000); cont++; Keyboard.print(cont); Keyboard.print(" "); } PB3 = digitalRead(3); if (PB3 == 0) { Keyboard.begin(); delay(1000); cont = cont + 2; Keyboard.print(cont); Keyboard.print(" "); } PB4 = digitalRead(4); if (PB4 == 0) { Keyboard.begin(); delay(1000); cont = 0; Keyboard.print(cont); Keyboard.print(" "); } }

 

È fondamentale che la chiamata a Keyboard.begin() venga eseguita in modo controllato, preferibilmente all’interno di una struttura condizionale come un if, per evitare che la scheda Arduino diventi non programmabile.

L’esempio ufficiale fornito (Keyboard Example) non deve essere utilizzato in quanto mostra come implementare la funzionalità Keyboard, ma senza includere precauzioni per evitare che Keyboard.begin() venga eseguito automaticamente al riavvio della scheda. Questo può causare problemi poiché, una volta che la scheda è configurata per agire come una tastiera, potrebbe non rispondere più ai tentativi di programmazione tramite l’IDE di Arduino. La scheda invia dati come se fosse una tastiera non appena viene alimentata, interferendo con la comunicazione seriale utilizzata per programmarla.

Per non incorrere in questo problema, è consigliabile includere una condizione che deve essere soddisfatta prima di attivare la funzionalità Keyboard. Ad esempio, si potrebbe utilizzare un pulsante specifico che, quando premuto, abilita la scheda ad agire come una tastiera. In questo modo, la scheda può essere programmata normalmente finché il pulsante non viene premuto, prevenendo attivazioni indesiderate di Keyboard.begin().

Se si ignora questa precauzione la scheda non è più programmabile e per poterla riutilizzare è necessario ricaricare il bootloader dell’Arduino, un processo che richiede hardware aggiuntivo come un programmatore ISP e può essere più complesso per gli utenti meno esperti.

In sintesi, è vitale assicurarsi che l’attivazione delle funzionalità avanzate come l’emulazione della tastiera avvenga in modo controllato, per mantenere la flessibilità e la programmabilità della tua scheda Arduino.

Emulare un mouse con Arduino UNO R4

Per emulare le funzioni di un mouse con Arduino, puoi utilizzare lo stesso schema hardware impiegato nell’emulazione della tastiera, ovvero collegando tre pulsanti ai pin 2, 3 e 4. Questa volta, però, i pulsanti controllano il movimento del cursore del mouse sullo schermo del computer. L’obiettivo è di programmare i movimenti del cursore in modo specifico in risposta alla pressione di ciascun pulsante:

1. Movimento Orizzontale (Pin 2):
   • Premendo il pulsante collegato al pin 2, il cursore dovrebbe muoversi orizzontalmente verso destra di 10 “scatti”, con ogni scatto distanziato da 1 secondo.
   • Dopo il decimo scatto, il cursore dovrebbe fare il percorso inverso, muovendosi orizzontalmente verso sinistra di 10 scatti per tornare alla posizione iniziale.
2. Movimento Diagonale (Pin 3):
   • Con il pulsante sul pin 3, il cursore dovrebbe muoversi in diagonale verso il basso a destra, compiendo 10 scatti distanziati di 1 secondo l’uno dall’altro.
   • Successivamente, il cursore dovrebbe ritornare alla sua posizione iniziale con 10 scatti in diagonale verso l’alto a sinistra.
3. Percorso Rettangolare (Pin 4):
   • Premendo il pulsante connesso al pin 4, il cursore dovrebbe compiere un movimento che forma un rettangolo: prima orizzontale verso destra, poi verticale verso il basso, successivamente orizzontale verso sinistra, e infine verticale verso l’alto, ritornando al punto di partenza.
   • In questo caso, i movimenti potrebbero essere più rapidi, con delay ridotti a 0,5 secondi per scatto.

Per implementare questi movimenti, la funzione Mouse.move(x, y) gioca un ruolo cruciale. Questa funzione permette di spostare il cursore del mouse di un numero definito di pixel in orizzontale (x) e in verticale (y). I valori positivi di x spostano il cursore verso destra, mentre i valori positivi di y lo spostano verso il basso. Utilizzando valori negativi, puoi invertire la direzione degli spostamenti.

La funzione delay(tempo) è utilizzata per controllare la velocità di movimento del cursore, inserendo una pausa tra un scatto e il successivo. Nel caso dei movimenti orizzontale e diagonale (pulsanti pin 2 e 3), il delay sarà di 1 secondo (1000 millisecondi), mentre per il percorso rettangolare (pulsante pin 4) sarà di 0,5 secondi (500 millisecondi).

Implementando correttamente queste funzionalità nel tuo sketch Arduino, sarai in grado di controllare il movimento del cursore del mouse in modo preciso e personalizzato, esplorando le potenzialità della programmazione Arduino in ambito di emulazione dei dispositivi di input.

 

#include <Mouse.h> int i = 0, PB2, PB3, PB4; void setup() { pinMode(2, INPUT_PULLUP); pinMode(3, INPUT_PULLUP); pinMode(4, INPUT_PULLUP); } void loop() { PB2 = digitalRead(2); if (PB2 == 0) { Mouse.begin(); delay(1000); for (i = 0; i < 10; i++) { Mouse.move(20, 0); delay(1000); } for (i = 0; i < 10; i++) { Mouse.move(-20, 0); delay(1000); } } PB3 = digitalRead(3); if (PB3 == 0) { Mouse.begin(); delay(1000); for (i = 0; i < 10; i++) { Mouse.move(20, 20); delay(1000); } for (i = 0; i < 10; i++) { Mouse.move(-20, -20); delay(1000); } } PB4 = digitalRead(4); if (PB4 == 0) { Mouse.begin(); delay(1000); for (i = 0; i < 10; i++) { Mouse.move(20, 0); delay(500); } for (i = 0; i < 10; i++) { Mouse.move(0, 20); delay(500); } for (i = 0; i < 10; i++) { Mouse.move(-20, 0); delay(500); } for (i = 0; i < 10; i++) { Mouse.move(0, -20); delay(500); } } }

 

Come per l’emulazione della tastiera, anche quando si utilizza la scheda Arduino per emulare le funzionalità di un mouse è essenziale che l’attivazione della funzionalità avvenga in modo condizionato. Questo significa che l’istruzione Mouse.begin() deve essere inserita all’interno di una struttura di controllo del flusso, come un’istruzione if, per evitare che la scheda entri automaticamente in modalità mouse non appena viene alimentata o resettata. Questo approccio previene, come nel caso precedente, la possibile perdita di connettività con la porta COM durante il tentativo di ricaricare uno sketch modificato.

Anche in questo caso l’esempio ufficiale fornito (Mouse Example) non deve essere utilizzato in quanto mostra come implementare la funzionalità Mouse, ma senza includere precauzioni per evitare che Mouse.begin() venga eseguito automaticamente al riavvio della scheda.

 

È importante quindi progettare gli sketch in modo tale che la funzionalità di emulazione del mouse venga attivata solo sotto specifiche condizioni, evitando così che la scheda entri automaticamente in questa modalità ad ogni riavvio, e mantenendo la possibilità di programmarla senza inconvenienti. Questo può essere realizzato, ad esempio, richiedendo che un determinato pulsante sia premuto per attivare Mouse.begin(), o implementando un breve delay all’inizio dello sketch durante il quale è possibile resettare la scheda senza che entri in modalità HID.

Conclusioni

L’uso delle funzionalità HID di Arduino apre interessanti possibilità per la creazione di progetti interattivi e personalizzati.

Tuttavia è fondamentale gestire con attenzione l’attivazione di queste funzionalità per mantenere la programmabilità della scheda e prevenire problemi di connettività implementando controlli condizionali come l’uso di un’istruzione if per attivare Keyboard.begin() o Mouse.begin() ed evitando così che la scheda entri automaticamente in modalità HID ad ogni riavvio.

Come nota aggiuntiva si evidenzia che un inconveniente che si può verificare quando si utilizza la funzionalità HID e si vuole ricaricare uno sketch è di incorrere in un errore durante il caricamento dello sketch dovuto al fatto che sulla porta COM non viene riconosciuto il dispositivo (no device found on COM…..); si può ovviare a questo inconveniente premendo per due volte in successione il tasto RESET della scheda prima di tentare caricamento.

Mantenendo questi aspetti in considerazione, gli sviluppatori possono esplorare pienamente il potenziale degli Arduino nel campo dell’interfacciamento uomo-macchina, realizzando progetti innovativi che vanno oltre le applicazioni tradizionali.