ARDUINO Передача данных аудиосигналом с телефона на ардуино и обратно

[Александро]

Возникла идея передать данные аудиосигналом между телефоном и Arduino.
Всю информацию с ардуино можно выводить прямо на телефон и так же передавать любые значения на ардуино.
Это очень удобно так как для ардуино не потребуется ни экрана ни кнопок ни проводов вместо этого только динамик и микрофон которые можно найти буквально в мусоре.

Что потребуется:
Arduino;
Микрофон с цифровым преобразователем (например KY-037), подключаемый к цифровым выводам Arduino;
Динамик, подключаемый к цифровым выходам Arduino;
Телефон на Android;
Написать код для Arduino;
Создать приложение на телефон Android.


Генерация звукового сигнала Arduino
Можно использовать встроенную библиотеку tone() для генерации звуковой волны заданной частоты.
Например, передаем последовательностью импульсов используя протокол UART.

Генерация звукового сигнала на стороне телефона
Можно использовать HTML для генерации звуковой волны заданной частоты.
Например, передаем последовательностью импульсов используя протокол UART.

Прием и обработка сигнала Arduino
Нужно написать код для анализа поступающего сигнала. Передать постоянный сигнал не получится поэтому нужно будет обработать поступающий меандр.

Прием и обработка сигнала на стороне телефона
Приложение должно записывать звук через микрофон и анализировать последовательность полученных сигналов (частоту и продолжительность), превращая её снова в бинарные данные. Знаний для создания Android приложений у меня нет и ограничивается лишь использованием MIT App Inventor 2 у которого нет дополнений для обработки звуковых сигналов полученных с микрофона. Хочу попытатся использовать тот же HTML.

Возможные проблемы:
Проблемы синхронизации при передаче большого объема данных.
Внешние шумы могут сильно влиять на качество приема, необходимо использовать методы проверки данных.
Проект требует хорошей инженерии и знания методов обработки цифровых сигналов.

 

[Bruzzer]

Это очень удобно ....

Для удобства есть блютус и WiFi.
Проект возможно имеет смысл как обучающе - развивающая детская поделка типа морзянки. (Кто то ведь до сих пор делает с детьми морзянки).

 

[Мишутк]

По такому принципу начинается синхронизация одной из умных колонок - открывается приложение, включается колонка на синхронизацию и начинается пиликание. Через эти звуки колонка подключается к домашней WiFi. Вполне себе практичный способ. Но без навыков будет тяжело. Сначала научитесь телефоном пропиликать, записать это куда-то, а потом это проиграть и телефоном распознать. Потом можно будет это же попытаться вкрячить в ардуинку. Код проигрывания и распознавания будет один и тот же.

 

[Александро]

Согласен что идея примитивная, но использовать старый телефон на котором стоит Android 4.4 как средство управления Arduino думаю это было бы круто. Ранее в своих проектах я организовывал связь с ардуино посредством Serial и IR приемника. Телефон же даст наглядное представление всех параметров в удобоваримом формате. Моя единственная проблема в том что когда я залезаю в дебри Android и непрофессионально с нулевыми знаниями пытаюсь что то сделать, то ничего хорошего не получаюсь и я упираюсь в стену.

 

[SlavaZagaynov]

Возникла идея передать данные аудиосигналом между телефоном и Arduino.

А практическое применение какое? ( p.s. и чем вэб интерфейс на esp не угодил? )

 

[Александро]

А практическое применение какое? ( p.s. и чем вэб интерфейс на esp не угодил? )

В большей степени охота удешевить и не покупать ESP и экраны и кнопки. Плюс ESP требует подключения к сети. Думал может кто то сталкивался с такими проектами похожими?
Мне понравился проект (ссылка на проект) приложение для камеры, позволяющее воспроизводить изображения с закодированным звуком.
И также идея проекта (ссылка на проект) любое изображение или анимация могут быть переданы на другие устройства через звук.
Эти проекты дали идею для создания такого метода передачи данных.
Практическое применение это обмен информационными данными посредством звука.

 

[Wan-Derer]

Что-то сложно. Не проще ли подключить Ардуино к телефону проводом по USB? Провод можно найти "буквально в мусоре"

 

[7Up]

Посмотрите как устроен DTMF в телефоне. Можно с помощью двух тонов передавать сразу два символа. Далее надо реализовать генератор тонального сигнала и декодер тонального сигнала. По сути декодер это анализатор спектра, в который встроены триггеры. Выход с триггеров будет цифровым сигналом. Передавать можно как в UART с паузами длиной в один-два бита для синхронизации

 

[Александро]

@7Up, Да, идея интересная можно попробовать. При попытке создать что либо с помощью нейросети выдает данный способ.

При помощи нейросети составлен код.
Этот код реализует простую систему передачи данных по звуковому каналу (FSK‑модуляция) на платформе Arduino.
На первый взгляд код работает, но нужно проверить.
На фото выше нужно исправить подключить KY-037 к пину А0

// Настройки
const int MIC_PIN = A0;        // Аналоговый вход для микрофона
const int SPEAKER_PIN = 2;    // Пин с ШИМ для динамика
const int BAUD_RATE = 1200;    // Скорость передачи (бит/с)
const int TONE_0 = 1200;       // Частота для бита 0 (Гц)
const int TONE_1 = 2200;       // Частота для бита 1 (Гц)
const int SAMPLING_PERIOD = 833; // ~1200 Гц (1 000 000 мкс / 1200)

// Буферы и состояния
byte rxBuffer[64];             // Приёмный буфер
int rxPos = 0;               // Позиция в буфере
unsigned long lastSampleTime = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);           // Отладка через Serial
  pinMode(SPEAKER_PIN, OUTPUT);
  Serial.println("Ready. Enter a number (0-255) to transmit.");
}

void loop() {
  // Приём данных с микрофона
  if (micros() - lastSampleTime >= SAMPLING_PERIOD) {
    lastSampleTime = micros();
    int micValue = analogRead(MIC_PIN);
    // Простая пороговая демодуляция (нужно доработать под ваш микрофон)
    if (micValue > 512) {
      // Предположим, что это высокий тон (1)
      rxBuffer[rxPos++] = 1;
    } else {
      // Предположим, что это низкий тон (0)
      rxBuffer[rxPos++] = 0;
    }
    // Если набрали байт — обрабатываем
    if (rxPos >= 8) {
      byte receivedByte = 0;
      for (int i = 0; i < 8; i++) {
        receivedByte = (receivedByte << 1) | rxBuffer[i];
      }
      Serial.print("Received: 0x");
      Serial.println(receivedByte, HEX);
      rxPos = 0; // Сброс буфера
    }
  }

  // Передача данных по вводу из Serial
  if (Serial.available() > 0) {
    String input = Serial.readStringUntil('\n'); // Считываем строку до '\n'
    input.trim(); // Убираем пробелы
    
    // Преобразуем в число (0–255)
    int value = input.toInt();
    if (value >= 0 && value <= 255) {
      Serial.print("Transmitting: 0x");
      Serial.println(value, HEX);
      transmitByte((byte)value);
    } else {
      Serial.println("Error: Enter a number between 0 and 255.");
    }
  }
}

// Функция передачи байта через динамик (FSK)
void transmitByte(byte data) {
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    bool bit = (data >> (7 - i)) & 1;
    int toneFreq = bit ? TONE_1 : TONE_0;
    tone(SPEAKER_PIN, toneFreq, SAMPLING_PERIOD);
    delayMicroseconds(SAMPLING_PERIOD);
  }
}

Проверил передачу сигнала. Вроде работает.
const int SAMPLING_PERIOD = 50;
Испавил delayMicroseconds(SAMPLING_PERIOD); на delay (SAMPLING_PERIOD);

что касается DTMF то не мог создать данный сигнал есть библиотека но её не пробовал плюс нужно как то и ардуинкой этот сигнал декодировать

 

[7Up]

@Александро, Есть модули DTMF дкодеров. Есть модуль DTMF генератора с кнопочками и цифровыми входами и DTMF декодера с цифровыми выходами

 

[RapRap]

@Александро, Есть модули DTMF дкодеров. Есть модуль DTMF генератора с кнопочками и цифровыми входами и DTMF декодера с цифровыми выходами

Здравствуйте, что это за генератор?
Я ищу возможност сделать управление реле по радиосигналу, желательно по сигналу с рации . Реле находится в подвале ни GSM ни wifi туда не пробиваются, только радио. Пока остановился на идее DTMF декодера, но вот с приемником застрял. Или надо как то реализовать голосовую команду для управления ESP32 по радио. Извините, можно не в тему .

 

[SlavaZagaynov]

в подвале ни GSM ни wifi туда не пробиваются

может проще будет туда провод протянуть и сделать вайфай ? хотя есть еще вариант, щас найду, дополню ссылкой.

 

[RapRap]

@EugeneFrol,
Спасибо. Но немного не то. Надо в общем рацию с DTMF приобретать. Про это декодер я раскопал уже. Но как его подключить к приёмнику uhf. На Али есть вседиапазанной приемник за копейки, но будет ли он принимать DTMF ? Передавать и передавать на декодер? Чёт темный лес для меня

 

[RapRap]

может проще будет туда провод протянуть

Нет не проще. Это большая стройка. Уравление электропитанием . Я поставил блок таймера , он отключает питание на АВР по времени, на ночь. 2 ВРУ. Но часто принимают бетон до поздна. Бегать все время и перенастраивать время нет желания. Стоит автомат как шунт, подаёт питание на АВР в обход таймера ( хотелось бы заменить на управляемое реле) но опять же в 22.00 кто его выключит? Никто . Вот я и подумал приделать туда esp32, и реле , они в наличии. Только со связью проблема . А так классно было бы . По рации сказал кодовую фразу и все.

 

[SlavaZagaynov]

@RapRap, тогда разумнее начать экперименты с ипользованием радиореле на большие растояния 1-2 км.

 

[EugeneFrol]

Может рассмотреть MESH-систему

 

[selevo]

@Александро,
Чем закончилось ?
Идея прекрасна.
Никакого радиосигнала, только звук или кабель.
Возможности графики, математики безграничны, у каждого есть ненужный бесплатный смартфон.
А если рутировать так это вообще возможности увеличиваются на бесконечность.
Слышал такой метод использовался для диагностики стиральных машин, они хрюкали издавая код ошибки и можно было компом, смартфоном или спец. устройством декодировать.

в espruino это уже сделали, там вообще никакого кодирования нет даные перадеются по протоколу UART прямо на динамик или аудиокабель.
На стороне приёма перед микроконтроллером стоит компаратор чтоб подтянуть уровень сигнала до ллогических уровней.
А состороны смартфона на входе микрофона просто делитель на резисторах.

Headphone Jack Communications - Espruino

На текущий момент я выковорял коде декодера их. Скорость может быть в обе стороны до19200 если звуковыха поддерживает битрейт 48000.
В железе не проверял .
ИИ gemini тоже может такое сделать, я пробовал. Но надо ему правильно ставить задачи. Иначе он будет предлагать FSK или DTMF
Никаких APK писать не надо всё через браузер, через web audio API

для FSK есть под arduino готовый проект webjack firmata

WebJack

Автор использует встроенный в atmega328 компаратор.
скорость макс 1200 бод входная (ограничения на стороне ПК \ смартфона ), выходная 9600

 

[RapRap]

@SlavaZagaynov,
Спасибо, расстояние надо меньше. Нашел кучу вариантов без использования ESP32

 

[bort707]

По рации сказал кодовую фразу и все.

мне кажется вы неверно понимаете, что такое DTMF

 

[RapRap]

DTMF

Понимаю, это были поиски решения. Остановился на готовом радиореле в комплекте с пультом, но правда отдельно надо приобрести более дальнобойный пульт

 

[bort707]

Я как-то слабо верю, что если в подвал не пробивается сотовая связь - то туда пробьется сигнал такого пульта.

А вообще, у меня ощущение, что вы недоговариваете. И задача, наверно, совсем иная.

 

[SlavaZagaynov]

@RapRap, и антеннка, похожая на такую улучшит приём

 

[Александро]

@selevo, Благодарю за отличный ответ, ознакомлюсь подробнее со статьей и попробую написать под браузер программу.
Просьба писать по теме, а если вы хотите разобраться в других методах передачи сигналов, то создайте соответствующие темы.
Спасибо всем. Всех уважаю. Постараюсь расширить тему добавив скетч и htmi код. Всё необходимое уже приобрел нужно только выделить время.

 

[Александро]

Нашел интересный проект который реализует двухстороннее управление через аудио разъем. Можно попробовать использовать принцип

Ребята конечно безумные отправляют синусоиду по правому каналу чтобы запитать микроконтроллер (ссылка на проект)

а после при помощи микрофонного входа передают информацию на телефон

 

[Александро]

При помощи нейросети написал код на HTML для генерации UART сигнала 300 бод.
Структура отправляемой команды:

1. Стартовый бит: 1 (звук, 3.33 мс) — сигнализирует о начале передачи.
2. Биты данных: инвертированные (каждый 0 в оригинале становится 1 и звучит, каждый 1 становится 0 и молчит).
3. Стоповый бит: 0 (тишина, 3.33 мс) — сигнализирует об окончании передачи.

Далее напишу код для ардуино, где сигнал будет считываться модулем KY-037, а результат выводится в сериал порт.

<!DOCTYPE html>
<html lang="ru">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>UART‑сигнал с настраиваемой частотой и скоростью (LSB first)</title>
</head>
<body>
    <h1>UART‑сигнал: передача от младшего бита (LSB first)</h1>
    <p>Стартовый бит — звук, стоповый бит — тишина. Биты данных передаются от младшего к старшему.</p>

    <div style="margin: 15px 0;">
        <label for="textinput">Текст для передачи:</label><br>
        <input type="text" id="textinput" value="Hi" style="width: 300px; margin: 5px 0;">
    </div>

    <div style="margin: 15px 0;">
        <label for="frequency">Частота сигнала (Гц):</label><br>
        <input type="number" id="frequency" value="5000" min="20" max="20000" step="1" style="width: 100px; margin: 5px 0;">
        <span id="freqInfo"> (текущая: 5000 Гц)</span>
    </div>

    <div style="margin: 15px 0;">
        <label for="baudrate">Скорость передачи (бод):</label><br>
        <select id="baudrate" style="width: 120px; margin: 5px 0;">
            <option value="300" selected>300 бод</option>
            <option value="1200">1200 бод</option>
            <option value="2400">2400 бод</option>
        </select>
    </div>

    <button onclick="playUARTSignal()" disabled id="playButton"
            style="padding: 15px 30px; font-size: 18px; background-color: #4CAF50; color: white; border: none; border-radius: 5px; cursor: pointer; margin: 15px 0;">
        Передать
    </button>
    <div id="status"></div>

    <script>
        // Конфигурация по умолчанию
        const DEFAULT_CONFIG = {
            NOTE_FREQ: 5000,   // частота по умолчанию — 5000 Гц
            BAUD_RATE: 300,    // скорость по умолчанию — 300 бод
            GAIN: 0.5,       // громкость (0–1)
            FORMAT: '8N1'      // формат: 8 бит данных, без чётности, 1 стоповый бит
        };

        let audioContext = null;
        let isPlaying = false;

        // Инициализация аудиоконтекста при первом взаимодействии
        document.getElementById('playButton').disabled = false;

        // Обновление информации о частоте при вводе
        document.getElementById('frequency').addEventListener('input', function() {
            const freq = parseInt(this.value);
            document.getElementById('freqInfo').textContent = ` (текущая: ${freq} Гц)`;
        });

        function initAudio() {
            if (!audioContext) {
                audioContext = new (window.AudioContext || window.webkitAudioContext)();
            }
        }

        function updateStatus(message) {
            document.getElementById('status').textContent = message;
        }

        function playUARTSignal() {
            if (isPlaying) return;

            initAudio();
            isPlaying = true;
            updateStatus('Передача...');
            document.getElementById('playButton').disabled = true;

            const text = document.getElementById('textinput').value;
            if (!text) {
                updateStatus('Введите текст для передачи');
                resetPlayback();
                return;
            }

            // Получаем частоту и скорость из полей ввода
            const userFrequency = parseInt(document.getElementById('frequency').value);
            const userBaudRate = parseInt(document.getElementById('baudrate').value);
            const BIT_DURATION = 1 / userBaudRate;
            let currentTime = audioContext.currentTime;

            try {
                for (let i = 0; i < text.length; i++) {
                    const charCode = text.charCodeAt(i);
            const byteBits = charCode.toString(2).padStart(8, '0');

            // Инвертируем и переворачиваем биты (LSB first)
            const invertedBits = invertBits(byteBits);
            const lsbFirstBits = invertedBits.split('').reverse().join('');

            // Формируем кадр: стартовый (1) + данные + стоповый (0)
            const frameBits = '1' + lsbFirstBits + '0';

            for (let j = 0; j < frameBits.length; j++) {
                const bit = frameBits[j];
                if (bit === '1') {
                    playTone(currentTime, BIT_DURATION, userFrequency);
                }
                currentTime += BIT_DURATION;
            }
        }

        setTimeout(() => {
            updateStatus(`Передача завершена. Скорость: ${userBaudRate} бод, частота: ${userFrequency} Гц`);
            resetPlayback();
        }, text.length * 10 * BIT_DURATION * 1000 + 100);
    } catch (error) {
        console.error('Ошибка при передаче:', error);
        updateStatus('Ошибка передачи');
        resetPlayback();
    }
}

function resetPlayback() {
    isPlaying = false;
    document.getElementById('playButton').disabled = false;
}

// Функция для инвертирования битов (0↔1)
function invertBits(bits) {
    return bits.split('').map(bit => bit === '0' ? '1' : '0').join('');
}

// Воспроизведение тона с заданной частотой
function playTone(startTime, duration, frequency) {
    const oscillator = audioContext.createOscillator();
    const gainNode = audioContext.createGain();

    oscillator.type = 'sine';
    oscillator.frequency.value = frequency; // Используем пользовательскую частоту
    oscillator.connect(gainNode);
    gainNode.connect(audioContext.destination);
    gainNode.gain.value = DEFAULT_CONFIG.GAIN;

    oscillator.start(startTime);
    oscillator.stop(startTime + duration);
}
    </script>
</body>
</html>