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Curso de Arduíno

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by

Angelo Polotto

on 19 August 2015

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Transcript of Curso de Arduíno

Sumário do Curso
Motivação e histórico do projeto Arduino
Conceitos básicos de eletrônica
Arduino Uno
Softwares Auxiliáres
Ambiente de Desenvolvimento do Arduino
Saídas e entradas digitais
Exemplo do uso de LEDs
Exemplo do uso botões
Entradas analógicas
Exemplo de leitura de um potenciômetro
Saídas com modulação de largura de pulso (PWM)
Exemplo de controle intensidade de luz de um LED
Introdução ao módulo de comunicação de rede
Outros Shields e Módulos
Motivação e Histórico do Projeto Arduino
O projeto iniciou-se na cidade de Ivrea, Itália, em 2005, com o intuito de interagir em projetos escolares de forma a ter um orçamento menor que outros sistemas de prototipagem disponíveis naquela época. Seu sucesso foi sinalizado com o recebimento de uma menção honrosa na categoria Comunidades Digitais em 2006, pela Prix Ars Electronica, além da marca de mais de 50.000 placas vendidas até outubro de 19/18/2008.
Conceito Básico de Eletrônica
Conceitos básicos de eletrônica são necessários para melhor compreensão dos projetos envolvendo Arduino.
Esses conceitos são amplamente usados para conectar botões, motores DC, LED, LDR, termistores, entre outros transdutores e sensores.
Arduino UNO
O modelo mais famoso e com maior número de shields. Também é mais estável.
Possui as seguintes características:
Microcontroller ATmega328 (8 bits)
Operating Voltage 5V
Input Voltage (recommended) 7-12V
Input Voltage (limits) 6-20V
Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output)
Analog Input Pins 6
DC Current per I/O Pin 40 mA
DC Current for 3.3V Pin 50 mA
Flash Memory 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Clock Speed 16 MHz

Esse modelo possu um LED SMD conectado ao pino 13 para testes. Também possui LED para indicar a atividade da comunicação serial.

Para mais: http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno
Softwares Auxiliáres
Alguns programas são utilizados para ajudar na ilustração e desenvolvimento de projetos, entre eles estão Fritzing (Desenho) e Virtronics Arduino Simulator.
Ambiente de Desenvolvimento do Arduino
O arduino possui um software próprio o qual possui IDE própria para todas as versões e para os sistamas (Windows/Linux/Mac) - Incluido editor de texto, compilador, gravador, terminal para comunição serial e exemplos. Além disso, é possível expandir a IDE com bibliotecas disponíveis na internet.
Entradas Digitais
Para utilizar o entradas digitais necessita primeiramente difinir se será utilizada como entrada ou saída, isso é feito utilizando o comando pinMode.


Entradas Analógicas
O Uno possui 6 conversores A/D internos, com eles é possível leitura de tensões de 0 a 5V com erro de 0,005V. Eles podem ser identificados pela sigla A0(...A5). São usados para leitura de transdutores (sensores) e outras grandezas analógicas.
Obrigado
Curso de Arduino
Introdução aos sistemas embarcados e placas de desenvolvimento
Professor:Ângelo Polotto

Hardware
Sua placa consiste em um microcontrolador Atmel AVR de 8 ou 32 bits, com componentes complementares para facilitar a programação e incorporação para outros circuitos. Um importante aspecto é a maneira padrão que os conectores são expostos, permitindo o CPU ser interligado a outros módulos expansivos, conhecidos como shields.

Principais Versões:
8-bit :
UNO;
MEGA;
Micro;
Nano;
Mini
Lily Pad;
32-bit :
Leonardo;
Due;
Software
O Arduino IDE é uma aplicação multiplataforma escrita em Java derivada dos projetos Processing e Wiring. É esquematizado para introduzir a programação a artistas e a pessoas não familiarizadas com o desenvolvimento de software. Inclui um editor de código com recursos de realce de sintaxe, parênteses correspondentes e identação automática, sendo capaz de compilar e carregar programas para a placa com um único clique.
Motivações
Vantagens:
Possui poucos "bugs";
Grande Variedade de shields;
Grande gama de tutoriais, vídeo aulas, documentação, etc...;
Equipe de suporte grande;
Desvantagens:
Caro para ser adquirido no Brasil;
Caso se queira montar o próprio Arduino, os componentes não são fáceis de encontrar em lojas comuns;
A versão UNO não possui suporte a USB diretamente no uC principal;
Resistor
Resistem ao fluxo da corrente eléctrica. A resistência é medida em Ohms (Ω).
Pode ser relacionada da seguinte forma:
R=V/I;
Onde:
R=Resistência (Ohm);
V=Tensão (Volts);
I=Corrente (Ampéres);
Há resistores especiais que podem ter sua resitência variada proporcionalmente à intensidade de luz (LDR), posição (potenciômetro), temperatura (termistores) e pressão (strain gage).
Divisor de Tensão
Divisor de tensão, é uma técnica de projeto utilizada para criar uma tensão elétrica (Vout) que seja proporcional à outra tensão (Vin).
Muito ultilizado para leitura de sensores analógicos passivos como: termistor e LDR.
Elas se relacionam da seguinte maneira:
Resistores de Pull-Up e Pull-Down
Usados para garantir que entradas para sistemas digitais se ajustem em níveis lógicos esperados quando um botão está aberto.
Modulação por Largura de Pulso (PWM- Pulse-Width Modulation)
PWM é utilizada para variar o valor da transferência de potência entregue a uma carga.
O princípio tem como base o chaveamento da carga. Ao ligar a carga, é entregue a potência nominal, ao desligar não é entregue potência. Repetindo isso muitas vezes por segundo, a carga consegue somente perceber a potência média.
Os ciclos ativos (Duty-Cicle) são proporcionais a potência média entregue a carga.
Utilizado para controlar motores DC/AC, LED e dimmer.
LED (Light Emitting Diode)
Sua funcionalidade é emissão de luz em locais onde há necessidade de avisos ou iluminação.
Eletricamente, possui as mesmas características que um diodo comum.
Para seu funcionamento de forma correta há necessidade de usar um resistor em série, para fins de simplicação se pode usa um resistor de 470 Ohm.
Ao contrário dos resistores, possuem ãnodo (positivo) e cátodo (negativo).
Protoboard (placa de ensaio, matriz de contato ou breadboard)
São placas usadas para ensaios de circuitos eletrônicos, geralmente são utilizadas para baixa potência.
Os contatos indicados conduzem corrente elétrica. Os demais são isolados entre si.
Conversor Analógico para Digital
O conversor analógico-digital (frequentemente abreviado por conversor A/D ou ADC) é um dispositivo eletrônico capaz de gerar uma representação digital a partir de uma grandeza analógica (Tensão ou Corrrente).
Para o Arduino Uno, o conversor é de 10 bits para uma entrada 5 V, ou seja, gera números de 0 a 1023 (2^10) proporcionalmente a tensões de 0 a 5 V.
5 V - 1023
x - y
Debounce, Leitura Correta de Botões
Na leitura de botões, o Arduino pode ser ruidos mecânicos gerados ao pressionar o push-button e interpretar como um acionamento.
Para evitar isso é realizado a técnica de debounce. Pode ser feito tanto por software quanto por hardware. Para nosso caso, faremos por software.
Desvantagens do Arduino UNO
Possui as seguintes desvantagens:
Pouco poder de processamento;
A comunicação USB é feita por um chip intermediário (FTDI);
Os pinos 0 e 1 devem ser desligados para o Arduino ser programado;
Fritzing - Usado somente para desenhar circuitos. Possui inteface de laboratório virtual, é gratuito (Windows/Linux/MAC).
Virtronics Arduino Simulator - - Usado para simular o Arduino, é pago (Windows).
Arduino IDE 1.0.5 (http://arduino.cc/en/Main/Software)
CodeBlocks Arduino IDE é uma alternatica para o software padrão (Windows/Linux/MAC) (http://arduinodev.com/codeblocks/)
Liguagem de Programação Utilizada para o Arduino
Para se progrmar o Arduino é utilizado por padrão um dialeto da linguagem Processing, o Wiring. Essa linguagem é derivada da linguagem C/C++. Pode ser usado também C/C++. Abaixo a diferença entre um código escrito em C e um em Processing.
Estruturação do Programa
Exemplo de Uso de Uma Saída Digital
Exemplo de uso de Uma Entrada Digital
Potenciômetro
LDR
Termistor
Medindo Resistência
Microfone
Acelerômetro
MMA7260Q
Exemplo 5
Exemplo 6 e 7
Terminal
Saídas PWM (Saídas "Analógicas")
O Uno possui 6 saídas de PWM que podem ser identificadas pelo "~" na placa. Essas saídas possuem resolução de 0 à 255 (8 bits). São usadas para controle de potência nas cargas.
Motor DC
Exemplo 14
Shield de Rede (Ethernet)
Os Arduinos Uno e Mega possuem shield de rede para projetos envolvendo controle e aquisição de dados remotamente. Além disso, o shield permite acesso à cartões micro SD. Este possui várias modalidades de funcionamento.
WebClient
Exemplo 16
WebServer
ChatServer
TwitterClient
Referências
http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/moreinfo/2_10_0_PassiveComponents.html
http://pontasdamadrugada.blogspot.com.br/2011/01/calculo-tensao-saida-de-um-pwm.html
http://arduino.cc/en/Reference/PROGMEM
http://playground.arduino.cc/ComponentLib/Thermistor
http://arduino.cc/en/Reference/millis
http://chalmersphyscomp10.wordpress.com/2010/09/17/mma7260q/
http://lusorobotica.com/index.php?topic=902.msg8019#msg8019
http://bildr.org/2011/03/high-power-control-with-arduino-and-tip120/
Outros Módulos e Shields
Módulo de Ponte H-H para comando de dois motores DC
Módulo Ultrassom para medir distância
Módulo de RF para comunicação sem fio
Módulo para medir temperatura e umidade (DHT11)
Motores com caixa de redução
Módulo de bluetooth
Módulo de audio bluetooth
Módulo de Potenciômetro
Módulo de infra-vermelho
Módulo de Microfone
Driver para motor de passo
Servo Motores
Módulo Wi-fi
Módulo Zig-Bee
Shield para conexão de motores de passo e servo motores
Shield para sensores
Shield protoboard
Shield USB
Módulo de efeito Hall (Detecção de campos magnéticos)
Módulo de detecção de umidade do solo
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