Baixe Guia Arduino Iniciante Multilogica Shop e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! ArduinoGuia Iniciante Versão 1.0 MULTILÓGICA SHOP Open Source Hardware www.multilogica-shop.com 2 multilogica-shop.com Índice Índice .................................................................................... 2 Prefácio ................................................................................. 5 A Multilógica-Shop .................................................................. 6 O Que Vou Aprender? ............................................................. 7 Objetivo ................................................................................ 7 Fonte de Informação .............................................................. 8 Segurança e Cuidados ............................................................ 9 1 Conceitos Básicos .............................................................. 10 1.1 Computação Física ............................................................... 11 1.2 Open Source Hardware ........................................................ 12 1.3 Software Livre ..................................................................... 13 1.4 Arduino .............................................................................. 14 1.5 Processing .......................................................................... 15 1.6 Fritzing ............................................................................... 16 1.7 Creative Commons .............................................................. 17 1.8 Licença da Obra .................................................................. 18 2 Eletrônica ......................................................................... 20 2.1 Conceito de Eletrônica ......................................................... 21 2.2 Voltagem ............................................................................ 22 2.3 Corrente Elétrica ................................................................. 22 2.4 Corrente Contínua ............................................................... 23 2.5 Corrente Alternada .............................................................. 23 2.6 Resistência.......................................................................... 24 2.7 Lei de Ohm ......................................................................... 24 2.8 Sistemas Eletrônicos ............................................................ 25 2.9 Entradas ............................................................................. 25 2.10 Saídas .............................................................................. 25 5 multilogica-shop.com Prefácio A Multilógica-Shop, a partir do “Guia del Arduino” criado pela Tienda de Robótica da Colombia, traz este guia que aborda a aprendizagem sobre o conceito DIY (Do it yourself) ou em portugês “Faça você mesmo”. A partir de um detalhado estudo elaboramos o Kit Arduino Iniciante, baseado na placa Arduino Uno R3, base para todo este material didático. Neste guia abordaremos temas fundamentais como o hardware e software livre, revisando de maneira cuidadosa o projeto Arduino e usando como base o software Fritzing para realizar montagens claras e semelhantes à realidade. Não é necessário que você saiba de eletrônica ou programação porque com os próximos capítulos repassaremos os conceitos fundamentais. Após conhecer estes temas básicos teremos um capítulo dedicado a explicar componentes eletrônicos como um LED, um motor, um relê e muito mais. Também foi desenvolvido um capítulo especial sobre Arduino e Fritzing que você não pode perder. O Kit Arduino Iniciante e este guia são ideais para todo âmbito de aprendizagem desde o colégio até a universidade, e se você se dedica por hobby não pode deixar de ter este guia, já que um capítulo completo está dedicado a mostrar todo o kit. Finalmente chegamos a uma parte mais que especial, ao capítulo dos tutoriais, onde passo a passo serão explicados alguns exemplos, durante os quais você encontrará perguntas, dicas e exercícios. 6 multilogica-shop.com A Multilógica-Shop A Multilógica foi fundada em 1990 com foco em tecnologia e desenvolvimento. Em 2009 iniciou uma nova etapa com a importação de produtos Open Source e marcas relacionadas de grande expressividade internacional. O Arduino sempre foi um dos principais objetivos e com ele centenas de produtos hoje fazem parte do catálogo virtual da loja. A qualidade no serviço e a atenção ao cliente sempre estiveram entre nossos MULTILÓGICA SHOP Open Source Hardware principais objetivos, por conta disso possuímos o catálogo mais completo do Brasil no setor e mantemos a meta de atender aos mais exigentes consumidores e desenvolvedores. Hoje, depois de milhares de cliente atendidos, apresentamos o Guia Iniciante do Arduino. Aproveitem a leitura! 7 multilogica-shop.com Objetivo Conhecer o funcionamento das coisas é algo que estimula nossa curiosidade desde o início dos tempos. Hoje em dia vemos uma realidade onde encontramos com facilidade a automação, a domótica (automação de casas e edifícios), a interação entre pessoas e máquinas, a eletrônica, a mecânica e a programação. Quase qualquer processo que podemos imaginar tem uma porcentagem de dependência destas máquinas. Por exemplo, seu despertador. Ele tocou às 6 horas da manhã para que você fosse para a escola ou o trabalho. Essa máquina trabalhou durante toda a noite para, ao final, avisar que era hora de despertar. O propósito deste guia é abordar o conceito de computação física, que é a capacidade de interação e comunicação de uma máquina com os humanos, usando sensores e atuadores. As decisões serão executadas pelo microcontrolador que é o núcleo da placa Arduino, o coração deste material. O Que Vou Aprender? Muitas vezes pensamos que os temas tecnológicos pedem uma grande habilidade técnica e um grande conhecimento, mas isso não é verdade. Nosso objetivo com este guia é fazer com que esses processos tecnológicos sejam simples de entender, e demonstrar que aqueles mais complexos na verdade são a união de vários processos simples. Com este guia você vai aprender conceitos que poderá aplicar em seus próprios projetos. 10 multilogica-shop.com 1 Conceitos Básicos 11 multilogica-shop.com 1.1 Computação Física A computação física significa a construção de sistemas interativos físicos mediante o uso de software e hardware que integrados podem sentir e responder ao mundo analógico. Embora esta definição seja ampla o suficiente para englobar aspectos como os sistemas inteligentes de controle de tráfico de automóveis ou os processos de automatização em fábricas, em um sentido mais amplo a computação física é uma estrutura criativa para a compreensão da relação entre os seres humanos e o mundo digital. Na prática, frequentemente este termo descreve desenhos de projetos DIY ou objetos que utilizam sensores e microcontroladores para traduzir entradas analógicas a sistemas baseados em software, ou controlar dispositivos eletromecânicos como motores, servos, iluminação ou outro hardware. Outras implementações de computação física trabalham com o reconhecimento de voz, que captam e interpretam as ondas sonoras através de microfones ou outros dispositivos de detecção de ondas sonoras, também a visão por computador, que aplica algoritmos aos vídeos detectados por algum tipo de câmera. Interfaces táteis são também um exemplo de computação física. O prototipado (criar montagens rápidas com ajuda de uma protoboard e componentes básicos de eletrônica) tem um papel importante na computação física. Ferramentas como o Arduino e o Fritzing são úteis para designers, artistas, estudantes e hobistas porque ajudam a elaborar protótipos rapidamente. 12 multilogica-shop.com 1.2 Open Source Hardware Open Source Hardware consiste em dispositivos físicos de tecnologia concebidos e oferecidos pelo movimento de design aberto. Tanto o software livre como o open source hardware são criados sob o movimento de cultura open source e aplica este conceito a uma variedade de componentes. O termo normalmente significa que a informação sobre o hardware é facilmente reconhecida. O design no hardware (ou seja, desenhos mecânicos, esquemas, lista de materiais, dados de layout do PCB, código fonte e dados de layout de circuitos integrados), além do software livre que aciona o hardware, estão todos liberados com a abordagem livre e open source. Anualmente a Open Source Hardware Association organiza a conferência Open-Hardware Summit, da qual a Multilógica-Shop é patrocinadora, que é a primeira conferência abrangente do mundo sobre hardware aberto, um espaço para discutir e chamar a atenção para este movimento em rápido crescimento. 15 multilogica-shop.com 1.5 Processing Processing é uma linguagem de programação de código aberto e ambiente de desenvolvimento integrado (IDE), construído para as artes eletrônicas e comunidades de projetos visuais com o objetivo de ensinar noções básicas de programação de computador em um contexto visual. O projeto foi iniciado em 2001 por Casey Reas e Ben Fry, ambos ex-membros do Grupo de Computação do MIT Media Lab. Um dos objetivos do Processing é atuar como uma ferramenta para não-programadores iniciados com a programação, através da satisfação imediata com um retorno visual. 16 multilogica-shop.com 1.6 Fritzing Fritzing é um programa de automação de design eletrônico open source destinado a ajudar designers e artistas a passar dos protótipos (utilizando, por exemplo, placas de teste) para os produtos finais. Fritzing foi criado sob os princípios de Processing e Arduino e permite a designers, artistas, pesquisadores e amadores documentar seu protótipo baseado em Arduino e criar diagramas de circuitos impressos para mais tarde fabricar. Além disso, tem um site complementar que ajuda a compartilhar e discutir projetos, experiências e reduzir os custos de fabricação. 17 multilogica-shop.com 1.7 Creative Commons A CC é uma organização não governamental sem fins lucrativos localizada na California, voltada a expandir a quantidade de obras criativas disponíveis, através de suas licenças que permitem a cópia e compartilhamento com menos restrições que o tradicional todos direitos reservados. As licenças Creative Commons foram idealizadas para permitir a padronização de declarações de vontade no tocante ao licenciamento e distribuição de conteúdos culturais em geral (textos, músicas, imagens, filmes e outros), de modo a facilitar seu compartilhamento e recombinação, sob a égide de uma filosofia copyleft. Creative Commons tem sido abraçada por muitos criadores de conteúdo, pois permite controle sobre a maneira como sua propriedade intelectual será compartilhada. 20 multilogica-shop.com 2 Eletrônica 21 multilogica-shop.com 2.1 Conceito de Eletrônica Numa definição mais abrangente, podemos dizer que a eletrônica é o ramo da ciência que estuda o uso de circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos, com o objetivo principal de representar, armazenar, transmitir ou processar informações além do controle de processos e servo mecanismos. Sob esta ótica, também se pode afirmar que os circuitos internos dos computadores, os sistemas de telecomunicações, os diversos tipos de sensores e transdutores estão, todos, dentro da área de interesse da eletrônica. Divide-se em analógica e em digital porque suas coordenadas de trabalho optam por obedecer estas duas formas de apresentação dos sinais elétricos a serem tratados. Também é considerada um ramo da eletricidade que, por sua vez, é um ramo da Física onde se estudam os fenômenos das cargas elétricas elementares, as propriedades e comportamento do elétron, fótons, partículas elementares, ondas eletromagnéticas, etc. 22 multilogica-shop.com 2.2 Voltagem 2.3 Corrente Elétrica Tensão elétrica, também conhecida como diferença de potencial (DDP) ou voltagem, é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos ou a diferença em energia elétrica potencial por unidade de carga elétrica entre dois pontos. Sua unidade de medida é o volt, ou joules por coulomb. A diferença de potencial é igual ao trabalho que deve ser feito por unidade de carga contra um campo elétrico para se movimentar uma carga qualquer. A corrente elétrica é o fluxo ordenado de partículas portadoras de carga elétrica, ou também, é o deslocamento de cargas dentro de um condutor, quando existe uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades. A unidade padrão no Sistema Internacional de Unidades para medir a intensidade de corrente é o ampere. Para medir a corrente, pode-se utilizar um amperímetro. Uma corrente elétrica, já que se trata de um movimentos de cargas, produz um campo magnético, um fenômeno que pode ser usado como um eletroímã, sendo este o princípio de funcionamento de um motor. Um voltímetro pode ser utilizado para se medir a diferença de potencial entre dois pontos em um sistema, sendo que usualmente um ponto referencial comum é o terra. A tensão elétrica pode ser causada por campos elétricos estáticos, por uma corrente elétrica sob a ação de um campo magnético, por campo magnético variante ou uma combinação dos três. 25 multilogica-shop.com 2.8 Sistemas Eletrônicos 2.9 Entradas Um sistema eletrônico é um conjunto de circuitos que interagem entre si para obter um resultado. Uma forma de entender os sistemas eletrônicos consiste em dividi-los em entradas, saídas e processamento de sinais. As entradas, ou inputs, são sensores eletrônicos ou mecânicos que tomam os sinais (em forma de temperatura, pressão, umidade, contato, luz, movimento, ph, etc.) do mundo físico e converte em sinais de corrente ou voltagem. Exemplos de entradas são sensores de gás, temperatura, pulsadores, fotocélulas, potenciômetros, sensores de movimento, e muitos mais. 2.10 Saídas As saídas, ou outputs, são atuadores, ou outros dispositivos que convertem os sinais de corrente ou voltagem em sinais fisicamente úteis como movimento, luz, som, força ou rotação, entre outros. Exemplos de saídas são motores, LEDs ou sistemas de luzes que acendem automaticamente quando escurece ou um buzzer que gere diversos tons. 26 multilogica-shop.com 2.11 Processamento de Sinal 2.12 Resumo dos Sistemas Eletrônicos O processamento de sinal é realizado mediante circuitos conhecidos como microcontroladores. São circuitos integrados construídos para manipular, interpretar e transformar os sinais de voltagem e corrente vindos dos sensores (entradas) e e ativar determinadas ações nas saídas. Como exemplo imaginamos um aparelho de TV. A entrada é um sinal recebido por uma antena ou um cabo. Os circuitos integrados do interior do aparelho extraem a informação sobre brilho, cor e som deste sinal. Os dispositivos de saída são a tela LCD, que converte os sinais eletrônicos em imagens visíveis, e as caixas de som, que emitem o som. Outro exemplo pode ser um circuito que controle a temperatura de um ambiente. Um sensor de temperatura e um circuito integrado são os responsáveis por converter um sinal de entrada em um nível de voltagem apropriado. Se a temperatura registrada do ambiente é muito alta, este circuito enviará a informação a um motor para que este ligue um ventilador que resfriará o local. 27 multilogica-shop.com 2.13 Sinais Eletrônicos 2.14 Variável Digital As entradas e saídas de um sistema eletrônico serão consideradas como sinais variáveis. Em eletrônica se trabalha com variáveis que são tomadas na forma de tensão ou corrente, que podem simplesmente ser chamados de sinais. Os sinais podem ser de dois tipos: digital ou analógico. Também chamadas de variáveis discretas, se caracterizam por ter dois estados diferentes e portanto também podem ser chamadas de binárias (em lógica seria valores Verdadeiro (V) e Falso (F), ou poderiam ser 1 ou 0 respectivamente). Um exemplo de um sinal digital é o interruptor da campainha da sua casa, porque ele tem somente dois estados, pulsado e sem pulsar. Apagado 0 Aceso 1 30 multilogica-shop.com 2.18 Divisor de Voltagem 2.19 Conversor Analógico-Digital Em eletrônica, a regra do divisor de tensão é uma técnica de projeto utilizada para criar uma tensão elétrica (Vout) que seja proporcional à outra (Vin). Desta forma a voltagem de uma fonte é repartida entre uma ou mais resistências conectadas em série. Em um circuito deste tipo, duas Um conversor analógico- digital (ou ADC em inglês - Analog-to-Digital Converter) é um dispositivo eletrônico capaz de gerar uma representação digital a partir de uma grandeza analógica, convertendo uma entrada analógica de voltagem em um valor binário. Se utiliza em equipamentos eletrônicos como computadores, gravadores de som e vídeo e equipamentos de telecomunicações. Estes conversores são muito úteis na interface entre dispositivos digitais e dispositivos analógicos e são utilizados em aplicações como leitura de sensores, digitalização de áudio, vídeo, etc.. resistências são ligadas em série como no esquema a seguir: A tensão de saída, Vout , é dada pela fórmula: Desta forma podemos obter qualquer fração entre 0 e 1 da tensão Vin. 31 multilogica-shop.com 2.20 Modulação por Largura de Pulso PWM 2.21 Comunicação Serial A modulação por largura de pulso (MLP) - mais conhecida pela sigla em inglês PWM (Pulse-Width Modulation) - de um sinal ou em fontes de alimentação envolve a modulação de sua razão cíclica (duty cycle) para transportar qualquer informação sobre um canal de comunicação ou controlar a quantidade de energia que se envia em uma carga. É uma interface de comunicação de dados digitais em que a informação é enviada um bit de cada vez, sequencialmente. É diferente da comunicação paralela, em que todos os bits de cada símbolo são enviados juntos. A comunicação serial é usada em toda comunicação de longo alcance e na maioria das redes de computadores. Um de seus usos é monitorar através da tela do computador o estado de um periférico conectado. Por exemplo ao pulsar a Por exemplo, se aplicamos PWM a um LED podemos variar a intensidade do brilho, e se aplicamos PWM a um motor DC conseguimos variar a velocidade do mesmo com a característica de manter sua força constante. letra A do teclado se deve acender um LED conectado de maneira remota ao computador. 32 multilogica-shop.com 3 Componentes Eletrônicos 35 multilogica-shop.com 3.3 Resistor É um componente formado por carbono e outros elementos resistentes usados para limitar a corrente elétrica em um circuito. Por seu tamanho muito reduzido, é inviável imprimir nos resistores as suas respectivas resistências. Optou-se então pelo código de cores, que consiste em faixas coloridas no corpo do resistor indicadas como a, b, c e % de tolerância. As primeiras três faixas servem para indicar o valor nominal de suas resistência e a última faixa, a porcentagem na qual a resistência pode variar seu valor nominal, conforme a seguinte equação: R = (10a + b) x 10c ± % da tolerância Exemplo: Um resistor de 2.700.000Ω (2,7MΩ), com uma tolerância de ±10% seria representado pela figura. 1ª cifra: vermelho (2) 2ª cifra: violeta (7) Multiplicador: verde (105) Tolerância: prata (±10%) Símbolo 36 multilogica-shop.com 3.4 Termistor É o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor. É um componente que permite que a corrente atravesse somente em um sentido. O termistor NTC (do inglês Negative Temperature Coefficient) é um componente eletrônico semicondutor sensível à temperatura, utilizado para controle, medição ou polarização de circuitos eletrônicos. Possui um coeficiente de variação de resistência que varia negativamente conforme a temperatura aumenta, ou seja, a sua resistência elétrica diminui com o aumento da temperatura. Símbolo Símbolo 3.5 Diodo 37 multilogica-shop.com 3.6 Transistor É utilizado principalmente como amplificador, interruptor de sinais elétricos e como retificador elétrico em um circuito. O termo provém do inglês transfer resistor (resistor/ resistência de transferência), como era conhecido pelos seus inventores. O processo de transferência de resistência, no caso de um circuito analógico, significa que a impedância característica do componente varia para cima ou para baixo da polarização pré- estabelecida. Graças a esta função, a corrente elétrica que passa entre coletor (C), base (B) e emissor (E) do transistor varia dentro de determinados parâmetros pré-estabelecidos e processa a amplificação de sinal. Entende-se por “amplificar” o procedimento de tornar Símbolo um sinal elétrico mais fraco num mais forte. Um sinal elétrico de baixa intensidade, como o sinal gerado por um microfone, é injetado num circuito eletrônico (transistorizado por exemplo), cuja função principal é transformar este sinal fraco gerado pelo microfone em sinais elétricos com as mesmas características. A este processo todo dá-se o nome de ganho de sinal. Atualmente os transistores se encontram em todos os aparelhos de uso doméstico e cotidiano: rádios, televisões, gravadores, aparelhos de som, microondas, lavadoras, carros, calculadores, impressoras, celulares, etc. 40 multilogica-shop.com 3.10 Display de LCD Um display de cristal líquido, ou LCD (liquid crystal display), é um painel fino usado para exibir informações por via eletrônica, como texto, imagens e vídeos. Um LCD consiste de um líquido polarizador da luz, eletricamente controlado, que se encontra comprimido dentro de celas entre duas lâminas transparentes polarizadoras. Suas principais características são leveza e portabilidade. Seu baixo consumo de energia elétrica lhe permite ser utilizado em equipamentos portáteis, alimentados por bateria eletrônica. Um display de LCD pode variar o número de linhas e caracteres por linha, a cor dos caracteres e a cor do fundo, assim como ter ou não backlight. Os modelos com backlight possuem melhor visualização. 41 multilogica-shop.com 3.11 Botão Um botão, ou pulsador, é utilizado para ativar alguma função. Os botões são em geral ativados ao serem pulsados. Um botão em um dispositivo eletrônico funciona geralmente como um interruptor elétrico. No seu interior há dois contatos, e se é um dispositivo normalmente fechado ou normalmente aberto, ao pulsar o botão, se ativará a função inversa à que se está realizando no momento. É um interruptor elétrico ativado por um campo magnético, por exemplo com um ímã. Quando os contatos estão abertos se fecham na presença de um campo magnético. Quando estão fechados se abrem. É comumente usado em sensores de portas e janelas de alarmes anti-roubo. O ímã vai preso à porta e o reed switch ao batente. Símbolo Símbolo 3.12 Reed Switch 42 multilogica-shop.com Símbolo Símbolo 3.13 Potenciômetro 3.14 Fotocélula Um potenciômetro é uma resistência cujo valor é variável. Desta maneira, indiretamente, pode-se controlar a intensidade de corrente que flui por um circuito se está conectado em paralelo, ou controlar a voltagem ao conectá-lo em série. São adequados para uso como elemento de controle em aparelhos eletrônicos. O usuário o aciona para variar os parâmetros normais de funcionamento. Um exemplo é o botão de volume de um rádio. O LDR (Light Dependant Resistor) é uma resistência cujo valor em ohms varia de acordo com a luz incidente. Uma fotocélula apresenta um baixo valor de resistência na presença de luz e um alto valor na sua ausência. Pode ser encontrada em vários artigos de consumo, como por exemplo em câmaras, medidores de luz, relógios com rádio, alarmes de segurança ou sistemas de iluminação pública. 45 multilogica-shop.com 4 Arduino 46 multilogica-shop.com 4.1 O Projeto Arduino O projeto Arduino começou no ano de 2005 com o objetivo de criar um dispositivo para estudantes que oferecesse controle integrado de projetos de design e interação, e que fosse mais econômico que os sistemas de criação de protótipos disponíveis até o momento. O que chamamos hoje de Arduino (o microcontrolador) nasceu na cidade italiana de Ivrea. Nesta mesma cidade nos séculos X e XI houve um outro Arduino (um nobre) que se auto proclamou rei de toda a Itália, obviamente a coisa não funcionou e, como era comum na época, ele foi morto pelos rivais. O fato é que em sua cidade natal ele ainda é muito lembrado, a avenida principal da cidade se chama “Via Arduino” bem como muitos comércios locais. Enquanto viviam lá, os integrantes do time que criou o Arduino (o microcontrolador), depois do expediente iam tomar uma cerveja. Onde? No Bar Arduino. Assim o nome do Arduino (o microcontrolador) é uma homenagem ao Arduino (o bar) que por sua vez era uma homenagem ao outro Arduino (o nobre). O projeto Arduino foi desenvolvido por Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis. Está baseado em uma plataforma de código aberta chamada Wiring, criada pelo artista colombiano Hernando Barragán durante uma tese de um master no Interaction Design Institute Ivrea. Por outro lado, Wiring está baseado em Processing e seu entorno de desenvolvimento integrado foi criado por Casey Reas e Ben Fry. “Não acredito que o Arduino existiria sem Wiring, e não acredito que Wiring existiria sem Processing. E que Processing sem dúvida não existiria sem Design by Numbers e John Maeda”. Entrevista a Casey Reas e Ben Fry, Shiffman Daniel (Set/2009) 47 multilogica-shop.com 4.2 Arduino Uno R3 1 - Conector USB para o cabo tipo AB 2 - Botão de reset 3 - Pinos de entrada e saída digital e PWM 4 - LED verde de placa ligada 5 - LED laranja conectado ao pin13 6 - ATmega encarregado da comunicação com o computador 7 - LED TX (transmissor) e RX (receptor) da comunicação serial 8 - Porta ICSP para programação serial 9 - Microcontrolador ATmega 328, cérebro do Arduino 10 - Cristal de quartzo 16Mhz 11 - Regulador de voltagem 12 - Conector fêmea 2,1mm com centro positivo 13 - Pinos de voltagem e terra 14 - Entradas analógicas 50 multilogica-shop.com 4.5 Livros Várias edições em português e em inglês estão disponíveis, tanto para você começar seus estudos com a plataforma Arduino, como para ampliar seus conhecimentos. 51 multilogica-shop.com 5 Instalação de Software 52 multilogica-shop.com 5.1 Arduino em Windows 1 - Placa Arduino e um cabo USB AB Este tutorial serve para instalação das placas Arduino Uno, Arduino Duemilanove, Nano, Arduino Mega 2560 ou Diecimila. Para outras placas da linha Arduino deve-se buscar o tutorial correspondente. Você também vai precisar de um cabo USB AB. 2 - Download do software do Arduino Faça download da última versão do software do Arduino. Ao terminar, descompacte o arquivo e mantenha a estrutura de pastas e sub-pastas. Se quiser guarde esta pasta no drive C: do seu computador. Dentro desta pasta existe um arquivo chamado arduino.exe que é o ponto de entrada do programa do Arduino, a IDE (Integrated Development Environment). 55 multilogica-shop.com 7 - Selecione sua placa Você deve selecionar qual a sua placa Arduino: Ferramentas > Placa > Arduino Uno. 8 - Selecione a porta Selecione agora a porta serial que conectará o Arduino: Ferramentas > Porta Serial. Você deve selecionar a mesma porta que utilizou para confirgurar o sistema no passo 4. 56 multilogica-shop.com 9 - Carregue o programa Agora simplesmente clique no botão Carregar da janela do programa. Espere alguns segundos. Você deve ver os LEDs RX e TX da placa piscarem. Se o processo foi executado normalmente você verá uma mensagem de “Transferência concluída”. Depois de alguns segundos você verá o LED do pin 13 piscar em laranja. Neste caso, parabéns! Seu Arduino está pronto e instalado. Se você tiver problemas na instalação pode acessar a página oficial do Arduino com algumas soluções. 57 multilogica-shop.com 5.2 Arduino em Mac OS X 1 - Placa Arduino e um cabo USB AB Este tutorial serve para instalação das placas Arduino Uno, Arduino Duemilanove, Nano, Arduino Mega 2560 ou Diecimila. Para outras placas da linha Arduino deve-se buscar o tutorial correspondente. Você também vai precisar de um cabo USB AB. 2 - Download do software do Arduino Faça download da última versão do software do Arduino. Ao terminar o download clique duas vezes no arquivo .zip para abrir a aplicação Arduino. 60 multilogica-shop.com 7 - Selecione sua placa Você deve selecionar qual a sua placa Arduino: Ferramentas > Placa > Arduino Uno. 61 multilogica-shop.com 8 - Selecione a porta Selecione agora a porta serial que conectará o Arduino: Ferramentas > Porta Serial. Em um Mac, esta porta deve ser algo como /dev/tty.usbmodem (para Uno ou Mega 2560) ou /dev/tty.usbserial (para placas mais antigas). Selecionando um Uno, Mega 2560 ou uma placa mais nova: 62 multilogica-shop.com 9 - Carregue o programa Agora simplesmente clique no botão Carregar da janela do programa. Espere alguns segundos. Você deve ver os LEDs RX e TX da placa piscarem. Se o processo foi executado normalmente você verá uma mensagem de “Transferência concluída”. Depois de alguns segundos você verá o LED do pin 13 piscar em laranja. Neste caso, parabéns! Seu Arduino está pronto e instalado. Se você tiver problemas na instalação pode acessar a página oficial do Arduino com algumas soluções. 65 multilogica-shop.com 6.1 Conceito de Programação É o processo de projetar, escrever, provar, depurar e manter o código fonte de programas de computador. O código fonte é escrito em uma linguagem de programação. O propósito da programação é criar programas que executem um comportamento desejado. O processo de escrever um código requer frequentemente conhecimentos em várias áreas distintas, além do domínio da linguagem a utilizar, algoritmos especializados e lógica formal. Programar engloba áreas como a análise e o projeto da aplicação. Para criar um programa que o computador interprete e execute as instruções escritas, deve- se usar uma linguagem de programação. No início, os computadores interpretavam somente instruções em uma linguagem específica, uma linguagem de programação de baixo nível conhecida como código máquina, excessivamente complicada para programar. Consiste somente em cadeias de números 1 e 0 (sistema binário). Para facilitar o trabalho de programação os primeiros cientistas que trabalhavam na área decidiram substituir as instruções, sequências de um e zero, por palavras ou letras do inglês, codificando e criando assim uma linguagem de maior nível conhecida como Assembly. Por exemplo, para somar se usa a letra A, do inglês add. Realmente escrever em linguagem assembly é basicamente o mesmo que com a linguagem máquina, mas as letras e as palavras são mais fáceis de lembrar e entender que sequências de números binários. À medida que a complexidade das tarefas que realizavam os computadores aumentava, foi necessário desenvolver um método mais simples de programação. Então foram criadas as linguagens de alto nível. Enquanto que uma tarefa tão simples como multiplicar dois números necessita um conjunto de instruções em linguagem assembly, em uma linguagem de alto nível basta com uma. 66 multilogica-shop.com 6.2 Linguagem de Programação Uma linguagem de programação é um idioma artificial desenvolvido para expressar operações que podem ser executadas por máquinas como os computadores. Podem ser usadas para criar programas que controlam o comportamento físico e lógico de uma máquina, para expressar algoritmos com precisão, ou como modo de comunicação entre as pessoas. Está formada por um conjunto de símbolos e regras sintáticas e semânticas que definem sua estrutura e o significado de seus elementos e expressões. O processo pela qual se escreve, prova, depura, compila e se mantém o código fonte de um programa informático se chama programação. 67 multilogica-shop.com 6.3 Linguagem de Máquina Sistema de códigos diretamente interpretável por um circuito microprogramável, como o microprocessador de um computador ou um microcontrolador. Um programa em código de máquina consiste em uma sequência de números que significam uma sequência de instruções a serem executadas. A linguagem máquina trabalha com dois níveis de voltagem. Tais níveis, por abstração, se simbolizam com o zero (0) e o um (1), por isso a linguagem de máquina só utiliza estes signos. Os programas de computador raramente são criados em linguagem de máquina, mas devem ser traduzidos (por compiladores) para serem executados diretamente pelo computador. Existe a opção, em voga atualmente, de não executá-los diretamente, mas sim por meio de um interpretador, esse sim rodando diretamente em código de máquina e previamente compilado. É uma linguagem de programação de baixo nível para computadores, microcontroladores e outros circuitos integrados programáveis. A linguagem de máquina, que é um mero padrão de bits, torna-se legível pela substituição dos valores em bruto por símbolos chamados mnemónicos. Estes símbolos são geralmente definidos pelo fabricante do hardware e está baseada em códigos que simbolizam os passos do processamento (as instruções). Uma linguagem assembly é portanto específica de cada arquitetura de computador, podendo ser usada somente por um microprocessador específico. Isso contrasta com a maioria das linguagens de programação de alto nível que idealmente são portáteis, o que significa que um programa pode ser executado em uma variedade de computadores. 6.4 Linguagem Assembly 70 multilogica-shop.com 7.1 Software Arduino Para executar o programa entramos na pasta do Arduino guardada no computador e procuramos o ícone. Clique duas vezes para abrir o programa. O programa do Arduino também é conhecido como IDE Arduino (Integrated Development Environment) pois além do entorno de programação consiste também em um editor de código, um compilador e um depurador. Arduino Espaço de trabalho: jica 1 | Arduino 1.0.5 projeto, Multilogica 1 Área para escrever o código CSS nai A Ac À 72 multilogica-shop.com Sketches Softwares escritos usando Arduino são chamados de Sketches. Estes Sketches são escritos no editor de texto da IDE do Arduino e são salvos com a extensão de arquivo .ino. Este editor tem características de cortar/colar e para buscar/substituir texto. A área de mensagem dá feedback ao salvar e exportar arquivos e também exibe informações de erros ao compilar Sketches. O canto direito inferior da janela exibe a placa atual e a porta serial. Os botões da barra de ferramentas permitem que você verifique, carregue, crie, abra e salve Sketches ou abra o monitor serial. Nota: Nas versões do IDE antes de 1.0 os Sketches são salvos com a extensão .pde. É possível abrir esses arquivos com a versão 1.0, mas você será solicitado a salvar o Sketch com a extensão .ino. Verificar Verifica se seu código tem erros. Carregar Compila seu código e carrega para a placa Arduino. Novo Cria um novo Sketch. Abrir Apresenta um menu de todos os sketches já existentes. Salvar Salva seu Sketch. Monitor Serial Abre o monitor serial. 75 multilogica-shop.com 7.2 Programando o Arduino Arduino se programa em uma linguagem de alto nível semelhante a C/C++ e geralmente tem os seguintes componentes para elaborar o algoritmo: - Estruturas - Variáveis - Operadores booleanos, de comparação e aritméticos - Estrutura de controle - Funções digitais e analógicas Para mais detalhes visite a Referência da linguagem de programação Arduino, em português. Veja a referência extendida para características mais avançadas da linguagem Arduino e a página das bibliotecas para interação com tipos específicos de hardware, no site oficial do Arduino. CC www.arduino.cc 76 multilogica-shop.com Estruturas São duas funções principais que deve ter todo programa em Arduino. A função setup() é chamada quando um programa começa a rodar. Use esta função para inicializar as sua variáveis, os modos dos pinos, declarar o uso de livrarias, etc. Esta função será executada apenas uma vez após a placa Arduino ser ligada ou ressetada. setup(){ } Após criar uma função setup() que declara os valores iniciais, a função loop() faz exatamente o que seu nome sugere, entra em looping (executa sempre o mesmo bloco de código), permitindo ao seu programa fazer mudanças e responder. Use esta função para controlar ativamente a placa Arduino. loop(){ } 77 multilogica-shop.com Variáveis Variáveis são expressões que você pode usar em programas para armazenar valores como a leitura de um sensor em um pino analógico. Aqui destacamos algumas: - Variáveis Booleanas Variáveis boolenas, assim chamadas em homenagem a George Boole, podem ter apenas dois valores: verdadeiro (true) e falso (false). boolean running = false; - Int Inteiro é o principal tipo de dado para armazenamento numérico capaz de guardar números de 2 bytes. Isto abrange a faixa de -32.768 a 32.767 (valor mínimo de -2^15 e valor máximo de (2^15) -1). int ledPin = 13; - Char Um tipo de dado que ocupa 1 byte de memória e armazena o valor de um caractere ASCII. Caracteres literais são escritos entre aspas. char myChar = ‘A’; 80 multilogica-shop.com Operadores aritméticos Se aplicam no uso de variáveis. = (igualdade) + (adição) - (subtração) * (multiplicação) / (divisão) % (resto da divisão) 81 multilogica-shop.com Estruturas de controle São instruções que permitem decidir e realizar diversas repetições de acordo com alguns parâmetros. Entre os mais importantes podemos destacar: - Switch/case Do mesmo modo que as sentenças if, as switch/case controlam o fluxo dos programas. Switch/case permite ao programador construir uma lista de “casos” dentro de um bloco delimitado por chaves. O programa checa cada caso com a variável de teste e executa o código se encontrar um valor idêntico. switch (var) { case 1: //faça alguma coisa quando var == 1 case 2: //faça alguma coisa quando var == 2 default: // se nenhum valor for idêntico, faça o default // default é opcional } - While While fará com que o bloco de código entre chaves se repita contínua e indefinidamente até que a expressão entre parentesis () se torne falsa. Algo tem que provocar uma mudança no valor da variável que está sendo verificada ou o código vai sempre ficar dando voltas dentro do while. Isto poderia ser o incremento de uma variável ou uma condição externa, como o teste de um sensor. var = 0; while(var < 200){ // algum código que se repete 200 vezes var++; } 82 multilogica-shop.com - For A sentença for é utilizada para repetir um bloco de código delimitado por chaves. Um contador com incremento normalmente é usado para controlar e finalizar o loop. A sentença for é útil para qualquer operação repetitiva, e é frequentemente usada com arrays para operar em conjuntos de dados ou de pinos. // Aumentar o brilho de um LED usando um pino PWM int PWMpin = 13; // um LED no pino 13 void setup() { // nenhum setup é necessário } void loop() { for (int i=0; i <= 255; i++){ analogWrite(PWMpin, i); delay(10); } } 85 multilogica-shop.com 8 Kit Arduino Uno R3 - Iniciante O Kit Arduino Uno R3 - Iniciante desenvolvido pela Multilógica-Shop é o mais completo do Brasil. Possui tudo o que você precisa para realizar todos os tutoriais deste guia e para começar a desenvolver seus próprios projetos com a plataforma Arduino, sem necessidade de realizar soldas. 86 multilogica-shop.com 1 - 1 Caixa organizadora Multilógica-shop 2 - 1 Arduino Uno R3 3 - 1 Protoboard 4 - 15 jumpers de tamanhos variados 5 - 1 potenciômetro 10kΩ 6 - 2 chaves momentâneas (botão) 7 - 1 Sensor de temperatura (termistor ntc 1k) 8 - 15 resistores 330Ω 9 - 5 resistores 1kΩ 10 - 5 resistores 10kΩ 11 - 1 resistor de 15Ω 12 - 1 sensor/atuador piezoelétrico 13 - 1 Sensor de luminosidade (LDR 5mm) 14 - 1 Cabo USB - Para conectar o Arduino ao seu computador. 15 - 1 Relê de uso geral, bobina de 5V, 40 mA / Dois contatos reversíveis de 1A 16 - 5 LEDs vermelhos (1,2 Vdc 20mA) 17 - 5 LEDs amarelos (1,2 Vdc 20mA) 18 - 5 LEDs verdes (1,2 Vdc 20mA) 19 - 1 LED de alto brilho branco 20 - 1 Motor CC 6V com jumpers soldados 21 - 1 Display LCD 2x16 com conector soldado (com Backlight) 87 multilogica-shop.com 9 Tutoriais Tutoriais desenvolvidos para utilizar todos os componentes de seu Kit Arduino Uno R3 - Iniciante Multilógica-Shop. Em cada tutorial você identifica os materiais necessários para sua execução, os conhecimentos prévios necessários e o que você vai aprender, o diagrama de montagem, o código de programação, dicas e exercícios extras. 90 multilogica-shop.com Este código já vem junto com a IDE do Arduino. Você pode acessar em: Arquivo > Exemplos > 01.Basics > Blink Nós apenas reproduzimos aqui com explicações e os comentários em português. No programa a seguir, o primeiro comando é o de inicializar o pino 13 como saída através da linha pinMode(13, OUTPUT); No loop principal do código, você liga o LED com esta linha de comando: digitalWrite(13, HIGH); Este comando direciona 5 volts ao pino 13 e o acende. Você desliga o LED com o seguinte comando: digitalWrite(13, LOW); Este comando retira os 5 volts do pino 13, voltando para 0 e desligando o LED. Entre desligar e ligar você precisa de tempo suficiente para que uma pessoa veja a diferença, então o comando delay() informa o Arduino não fazer nada durante 1000 milissegundos, ou um segundo. Quando você usa o comando delay(), nada mais acontece neste período de tempo. Uma vez entendido os exemplos básicos, verifique também o exemplo Piscar sem delay para aprender como criar um delay enquanto faz outras funções. 91 multilogica-shop.com Código Fonte /* Piscar Acende um LED por um segundo, e depois apaga pelo mesmo tempo, repetidamente. */ // Estabeleca um nome para o pino 13: int led = 13; // Se executa cada vez que o Arduino inicia: void setup() { // Inicializa o pino digital como saída. pinMode(led, OUTPUT); } // A funcao loop() continua executando enquanto o Arduino estiver alimentado, // ou ate que o botao reset seja acionado. void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // Acende o LED delay(1000); // Aguarda um segundo (1s = 1000ms) digitalWrite(led, LOW); // Apaga o LED delay(1000); // Aguarda um segundo (1s = 1000ms) } 92 multilogica-shop.com 1 - Na linguagem Arduino // se utiliza para acrescentar comentários na linha de código, sendo muito útil para explicar uma sintaxe ou deixar um lembrete. Um exemplo de seu uso: digitalWrite(13,LOW); //Apaga o LED 2 - Os sinais digitais (Aceso e Apagado) estão presentes em muitos sensores. Conheça alguns deles: Dicas Sensor de movimento infra vermelho Sensor de distância Sharp GP2D120XJ00F - 4 a 30cm 95 multilogica-shop.com Diagrama Materiais Necessários 1 Arduino Uno Jumpers 1 Protoboard 1 LED 1 Resistor 10kΩ1 Botão 1 Cabo USB AB 96 multilogica-shop.com Código Fonte /* Botao Liga e desliga um LED conectado ao pino digital 13 quando pressionado um botao conectado ao pino 2. O Circuito: * LED conectado ao pino 13 e ao terra * botao conectado ao pino 2 desde 5V * resistor de 10K conectado ao pino 2 desde o terra */ // constantes nao sao alteradas. // Sao usadas aqui para definir os numeros dos pinos: const int buttonPin = 2; // o numero do pino do botão const int ledPin = 13; // o numero do pino do LED // variaveis que devem mudar: int buttonState = 0; // variavel para ler o estado do botao void setup() { // inicializa o pino do LED como saida: pinMode(ledPin, OUTPUT); // inicializa o pino do botao como entrada: pinMode(buttonPin, INPUT); } void loop(){ // faz a leitura do valor do botao: buttonState = digitalRead(buttonPin); 97 multilogica-shop.com // verifica se o botao esta pressionado. // em caso positivo, buttonState e HIGH: if (buttonState == HIGH) { // liga o LED: digitalWrite(ledPin, HIGH); } else { // desliga o LED: digitalWrite(ledPin, LOW); } }