AULA 01. ARDUINO COM ELETRÔNICA

ARDUINO

O termo Arduino faz referência tanto à placa (hardware) quanto ao software. Da mesma forma que nós seres humanos precisamos nos alimentar para adquirir energia e realizar nossas atividades do dia a dia, a placa Arduino também precisa ser alimentada para trabalhar. A alimentação da placa Arduino (qualquer uma dos diversos tipos de placas) pode ser proveniente da porta USB do computador por meio do cabo USB (Universal Serial Bus) ou por uma fonte de alimentação (do inglês, Power Supply) externa que pode ser conectada à placa.

Figura: Modelo de placa Arduino UNO.

• Pinos Digitais – são pinos que podem ser definidos no software como entrada e saída de dados (Input e Output, respectivamente). São os pinos de número 0 a 13 (contando-se da direita pra esquerda da imagem acima)
• Pinos Analógicos de Entrada – pinos que recebem entradas analógicas e convertem em um número entre 0 e 1023. Podem ser usados na leitura de um sensor. São os pinos de A0 a A5 (contando-se da esquerda para direita da imagem acima).
• Pinos PWM – Existem 6 pinos digitais no modelo da placa UNO acima que podem simular saídas analógicas. São eles: 3, 5, 6, 9,10 e 11. São os chamados pinos PWM (Pulse Widht Modulation ou Modulação por largura de pulso).
• Pinos de Alimentação – pinos que fornecem energia a elementos externos conectados ao Arduino. Exemplos: 5 V, 3,3V e GND.
  A alimentação da placa poderá ser realizada pela Porta USB (com tensão de 5V) ou por uma Fonte de Alimentação Externa, em que o valor de tensão recomendável está entre 7 a 12 V).

Botão RESET- quando pressionado, reinicia as configurações da placa.
LED TX – Indicam a transmissão de dados do software para a placa Arduino.
LED RX – Indicam a recepção de dados transmitidos do software para a placa Arduino.

Observação: Não é recomendado inserir componentes nos pinos digitais TX e RX. Há possibilidade de conflitos se inserido, uma vez que os pinos digitais 0 e 1 (RX e TX, respectivamente) já são responsáveis pela transmissão de dados entre a placa e o software Arduino.

O usuário digita o programa no IDE (Integrated Development Environment ou Ambiente de Desenvolvimento Integrado) do Arduino, depois manda o comando para que possa ser gravado em um chip (microcontrolador) e, posteriormente, diversas ações possam ser tomadas por meio de atuadores.

As informações do mundo real são captadas por meio dos sensores, passam pelo microcontrolador e os atuadores executam as tarefas dependendo do que foi programado pelo usuário.

Figura 1: Ambiente de Desenvolvimento Integrado do Arduino (IDE).

Por exemplo, um microcontrolador de forno microondas obtém a entrada a partir de um teclado (sensor), exibe a saída em um visor LCD e por meio de uma interface aciona um dispositivo eletromecânico chamado relé (atuador), que liga e desliga o gerador de microondas.

Para automatizar residências, processos industriais, precisamos de sensores que captem alguma informação do mundo real como umidade, presença, iluminação, temperatura, e dispositivos como relés e contatores (atuadores) para ativar ventiladores, lâmpadas, ares-condicionados, entre outros equipamentos. Para que possamos controlar o tempo de acionamento desses dispositivos, por exemplo, precisamos programar e gravar o que desejamos em um microcontrolador, que nesse curso será o microcontrolador do Arduino.

Assim, de forma mais detalhada, temos que:

Sensores são dispositivos que captam informação do meio externo. Isto é, detectam a variação de grandezas do meio externo, transformando essas variações em pequenos sinais elétricos que são utilizados para executar determinadas ações pertinentes para cada situação. Como já citado anteriormente, existem sensores de temperatura, de luminosidade, infravermelho, entre outros. Os sensores podem ser analógicos e digitais. Mais na frente você aprenderá como diferenciá-los, pois essa informação vai ser importante quando for programar no Arduino.

Os Controladores recebem informações (dados) dos sensores e mandam a ordem para que os atuadores executem. Um exemplo de controlador é o chip presente nas placas Arduino.

Pense em um robô (carrinho) andando em linha reta só que a determinada distância se encontra uma pedra. Se o robô colidir com a pedra talvez quebre. Portanto, é fundamental um sensor de distância que perceba objetos e que envie a distância continuamente para o controlador para que quando chegue perto da pedra, o controlador mande o robô desviar da pedra, seja dobrando a direita ou esquerda dependendo da programação pré-estabelecida.

Os atuadores são aqueles que executam as ações comandados pelo controlador.

Como dissemos anteriormente, existem os sensores analógicos e digitais.

Uma maneira bem simples para se entender o conceito das palavras analógico e digital é a comparação de uma rampa com uma escada.

Ao se analisar a rampa, percebe-se que uma pessoa poderá ocupar cada uma das infinitas posições existentes entre o início e o fim. No caso da escada, a pessoa poderá estar em apenas um dos seus degraus. Sendo assim, é correto dizer que a rampa pode representar um sistema analógico, enquanto que a escada pode representar um sistema digital.

Nota-se, então, que o sinal analógico é um tipo de sinal que aumenta ou diminui com o tempo de forma gradativa, como uma rampa. Já o sinal digital é um sinal com valor ora ALTO (HIGH), ora baixo (LOW). Isto é, apresenta “saltos” bruscos, como os degraus de uma escada.

Mas, quem será que capta esses sinais analógicos/digitais? A resposta é fácil: os sensores.

Estudaremos ao longo das nossas aulas o controlador do Arduino, alguns tipos de sensores como o LM35 (sensor de temperatura), potenciômetro, LDR, push button (modelo de chave) e atuadores como LED, motores, buzzer (espécie de buzina), entre outros.

ESTUDANDO POTENCIÔMETRO

O potenciômetro, por exemplo, é um resistor variável já que sua resistência varia conforme a nossa mão vai girando o eixo do potenciômetro, trabalhando dessa forma como um sensor analógico.

MEDINDO RESISTÊNCIA DO POTENCIÔMETRO

1º Passo: Gire a chave seletora para a escala de resistência em 20 k ohms, pois precisa ser valor superior à resistência do potenciômetro que é de 10 k ohms.

2º Passo: Coloque uma ponteira do multímetro no terminal da esquerda e a ponteira no outro extremo.

3º Passo: Confira se no visor do multímetro está aparecendo um valor em torno de 10 k ohms. Tente girar o eixo e veja que a resistência não mudará, pois nessa configuração, o potenciômetro estará como um resistor fixo.

4º Passo: Agora coloque uma ponteira no terminal extremo esquerdo e a outra no centro.

5º Passo: Gire o eixo de um lado para outro completamente e observe os valores no visor do multímetro. Você deve ter notado que a resistência variou de 0 ohm até 10 k ohms.

6º Passo: Coloque uma ponteira do multímetro no terminal do centro e a outra ponteira no extremo da direita.

7º Passo: Gire o eixo de um lado para outro completamente e observe os valores no visor do multímetro. Você deve ter notado que a resistência variou de 0 ohm até 10 k ohms.

Observação: Variando a resistência do potenciômetro, podemos diminuir ou aumentar a corrente que vai para um LED por exemplo e, assim, regular a intensidade do brilho.

ESTUDANDO O LDR

O LDR (Light Dependent Resistor), por exemplo, é um sensor do tipo analógico, já que sua resistência elétrica varia gradativamente de acordo com a luminosidade. Tipicamente, à medida que a intensidade da luz aumenta, a sua resistência diminui.

Antes de iniciar a montagem de projetos, ensinaremos como medir a resistência do LDR e perceber como esse valor varia na presença, na ausência de luz e em um valor qualquer de luminosidade.

MEDINDO RESISTÊNCIA DO LDR

Para medir a resistência do LDR, siga os passos:
1º Passo: Desloque a chave seletora do multímetro digital para a escala de 20 k ohms.

2º Passo: Coloque a ponteira do fio vermelho em uma extremidade do LDR e a ponteira do fio preto na outra extremidade.

3º Passo: Observe o valor indicado no visor do multímetro e anote no espaço abaixo o valor ôhmico encontrado.
Valor ôhmico na presença de luz: ______________

4º Passo: Agora impeça parcialmente o LDR de receber luz, para que possa medir a resistência elétrica estando não completamente coberto. Você pode tampar o LDR com a sua mão ou, por exemplo, usar uma caixinha cobrindo o componente, mas deixe que um pouco de luz ainda alcance o LDR.

5º Passo: Coloque a ponteira do fio vermelho em uma extremidade do LDR e a ponteira do fio preto na outra extremidade.

6º Passo: Observe o valor indicado no visor do multímetro e anote no espaço abaixo o valor ôhmico encontrado.
Valor ôhmico com o LDR semicoberto: ______________

7º Passo: Agora impeça totalmente o LDR de receber luz, para que possa medir a resistência elétrica nessa condição. Você pode tampar o LDR com a sua mão ou, por exemplo, usar uma caixinha cobrindo completamente o componente.

8º Passo: Coloque a ponteira do fio vermelho em uma extremidade do LDR e a ponteira do fio preto na outra extremidade.

9º Passo: Observe o valor indicado no visor do multímetro e anote no espaço abaixo o valor ôhmico encontrado.
Valor ôhmico com o LDR totalmente coberto (ausência de luz): ________

Observação: Você deve ter percebido que na ausência de luz a resistência foi maior. Isto é, à medida que a intensidade da luz aumenta, a sua resistência diminui.

APRENDENDO A USAR O PROTOBOARD

A Protoboard é um dispositivo que permite a construção de circuitos sem a necessidade de soldagem de componentes. Na região interna, há contatos metálicos que interligam os componentes ligados na placa. A figura abaixo ilustra uma Protoboard bastante comum no meio eletrônico:

O diagrama interno de ligações metálicas de uma Protoboard está representado na figura a seguir:

Existem protoboards que não possuem os símbolos (+) e (-). Talvez a que você usará nessa aula se enquadre nesse exemplo. Nesses casos, nós que devemos determinar qual das linhas receberá carga positiva e qual receberá carga negativa no momento que formos inserir os componentes e os fios.

Observação: Esse tipo de protoboard não apresenta continuidade (ligação elétrica) entre as duas metades. Diante disso, faz-se necessária uma conexão para a energia elétrica conseguir penetrar em toda a protoboard. Para realizar a conexão, precisaremos “jumpear”, isto é, ligar um fio do Setor A para o Setor B (ligando a linha positiva da 1ª metade para a linha positiva da 2ª metade, fazendo o mesmo com as linhas negativas). Deve-se realizar o mesmo procedimento do Setor C para o Setor D, como também, dos Setores superiores para os Setores inferiores (no sentido vertical, do Setor B ao setor D, por exemplo).Desta forma, permitiremos a circulação da corrente por toda a protoboard. Caso o circuito que desejemos realizar seja pequeno, isto é, com poucos componentes eletrônicos, podemos “jumpear” apenas alguns setores. Porém, o modo explicado acima é a forma de manter toda a protoboard interligada.

TESTE DAS PORTAS/PINOS DE ALIMENTAÇÃO

1º Passo: Coloque um fio, de preferência vermelho, no pino de alimentação 5 V e conecte no orifício da protoboard como mostra na figura.

2º Passo: Coloque um fio, de preferência preto, no pino GND e conecte no orifício da protoboard como mostra na figura.

3º Passo: Conecte um fio preto e um vermelho na protoboard sem ligar em nada como mostra a figura para que depois você possa realizar as medições com o multímetro.

4º Passo: Ligue o multímetro e coloque na escala de tensão DC (20 V).

5º Passo: Coloque a ponteira vermelha e a ponteira preta como mostra a figura a seguir.

6º Passo: Observe no visor do multímetro o valor de 5 V.

7º Passo: Para de realizar a medição, isto é, retire as ponteiras do multímetro dos fios.

8º Passo: Gire a chave seletora para OFF.

9º Passo: Retire os fios que você utilizou para que fosse feita a medição, como mostra a figura abaixo.

Agora que você já testou e confirmou a saída dos 5 V por meio do multímetro, siga os passos abaixo para que você possa ativar seu LED por meio da placa Arduino com o valor de tensão apropriado.

1º Passo: Conecte o LED e o resistor de 1 k Ω como mostra a figura abaixo.

Agora que você viu funcionando o LED, você deverá testar a saída de 3,3 V. Para isso, siga os passos abaixo:

1º Passo: Desconecte o fio do pino de 5 V e coloque no pino de 3,3 V.

2º Passo: Coloque os fios que estão sendo mostrados abaixo para que possa realizar as medições com o multímetro.

3º Passo: Gire a chave seletora do multímetro para escala de tensão DC (20 V).

4º Passo: Você deve ter visualizado 3,3 V no visor do multímetro.

5º Passo: Retire os fios que você usou para realizar a medição com multímetro.

6º Passo: Agora conecte o LED e o resistor de 330 Ω como mostra a figura abaixo.

TESTE DAS PORTAS/PINOS DIGITAIS DO ARDUINO

Cada porta/pino digital é capaz de enviar um sinal de 5 V em relação ao GND. Às vezes, pode acontecer de uma ou mais portas queimarem por um uso inadequado com a placa Arduino. Logo, antes de começarmos a utilizá-la para nossos projetos, realizaremos o teste de cada uma das portas.

Observação: Não testaremos as portas 0 e 1 pois elas tem uma importância diferenciada na comunicação de dados que depois explicaremos melhor.
Antes de você digitar os comandos, é importante conhecer um pouco da linguagem de programação do Arduino. Por esse motivo, ensinaremos alguns comandos e, por esse motivo, é importante que você leia com atenção para que depois siga os passos abaixo.

ESTUDANDO OS CONTROLADORES

• Controladores

Um microcontrolador é um computador. Todos os computadores (independentemente de ser um computador de mesa (desktop) ou um microcontrolador possuem várias características em comum: todos os computadores possuem uma CPU (unidade de processamento central) que executa programas. O computador possui memória RAM (memória de acesso aleatório) onde ele pode armazenar “variáveis” e apresenta ainda alguns dispositivos de entrada e saída para interagir com as pessoas. Em um computador de mesa, o teclado e mouse são dispositivos de entrada e o monitor e impressora são dispositivos de saída.

Enquanto um computador de mesa é um computador de propósito geral que pode executar milhares de programas diferentes, um microcontrolador é de objetivo específico. Isto é, o microcontrolador é um tipo especial de circuito integrado, pois vem com a possibilidade de ser programado para desempenhar tarefas específicas. O programa é armazenado na memória ROM (memória apenas de leitura) e geralmente não muda. Eles geralmente são dispositivos de baixa potência, baixo custo e consumo de energia.

De uma maneira bem direta, podemos dizer que um microcontrolador é um dispositivo que mistura hardware com software. Através de programação em alguma linguagem (C, C++ ou Assembly, por exemplo), é possível controlar um hardware para fazer funções específicas de uma maneira simples. No caso do Arduino, a programação é em uma linguagem que abrange C/C++.

Os microcontroladores estão presentes em diversos dispositivos eletrônicos, sendo essenciais para o funcionamento dos aparelhos. Mas afinal, o que são microcontroladores? Como foi dito anteriormente, são chips inteligentes que contêm um processador, memória e pinos de entradas/saídas.

O que diferencia dos outros tipos de microcontroladores é a quantidade de memória interna, velocidade do processamento, quantidade de pinos de entrada/saída, alimentação, periféricos, arquitetura, entre outras.

Geralmente, são utilizados na automação, controles remotos, dispositivos eletrônicos, brinquedos, sistemas de supervisão, entre outros.

Mas talvez você pergunte: “e como vou programá-lo?”. Simples: escreva o programa no computador, compile-o e, através de um gravador, grave no microcontrolador. Você pode programar para que quando o sensor detecte 28 graus, ative o ar condicionado, ou, por exemplo, você pode programar para que passados 2 segundos, toque a sirene.

Os primeiros modelos de Arduino usavam o microcontrolador ATmega8 (com 8K de memória Flash), que posteriormente foi substituído pelo ATMega168 (com 16K de Flash e maiores recursos de entrada e saída) e finalmente pelo ATMega328 (com 32K de Flash). O Arduino Mega 2560 usa o ATMega2560 com 256K de Flash e uma capacidade muito maior de entrada e saída.

SOFTWARE

Para o microcontrolador ler a informação obtida pelos sensores, precisamos digitar determinadas linhas de comando no Ambiente de Desenvolvimento Integrado (IDE) do Arduino de acordo com o tipo de sensor, isto é, se for analógico existe uma linha de comando, se for digital, outra. Por exemplo, observe abaixo:

Observação: Não se preocupe ainda em memorizar esses dois comandos pois serão explicados melhor mais para frente no curso e você realmente fará projetos que precisará deles, então aprenderá na prática.

Novamente observe o Ambiente de Desenvolvimento Integrado do Arduino (IDE). É nesse espaço em branco que digitaremos os comandos que serão estudados nas aulas.

DEFININDO PINOS/PORTAS

Quando começarmos a fazer nossos projetos utilizando o software, de fato, devemos ficar atentos para não nos esquecer de definir em que pino digital ou analógico está inserido cada um dos componentes. Caso conectemos o LED no pino 13, temos que por obrigação mandar essa informação ao Arduino. Nesse caso, por exemplo, precisamos digitar o comando int LED = 13. Observe a explicação abaixo:

Variáveis são posições na memória de programa do Arduino identificadas com um nome e o tipo de dado que irão ser armazenados nessa posição.

Essa posição de memória pode receber valores durante a execução do programa e podem ser alterados a qualquer momento pelo programa e deve ser respeitado o tipo de dado da variável.

Observe que logo acima digitamos //declara a variável e atribui o valor 13 para explicar o significado da linha de comando int LED = 13;

Logo, usa-se // (duas barras invertidas) para habilitar a possibilidade de fazer comentários na linha de código. O objetivo é explicar o código da maneira mais clara possível para que quem for ler possa compreender facilmente o projeto apresentado. Os comentários são descartados no momento de envio de dados para a placa, ou seja, o que estiver escrito nos comentários não será enviado como instruções ao microcontrolador.

Todo o conteúdo da função setup() será executado apenas uma vez, imediatamente após o microcontrolador ser energizado. Caso o botão Reset da placa Arduino seja pressionado ou ocorra queda de energia elétrica, a placa executará o último conjunto de instruções enviadas. Nessas condições, a função setup() é executada novamente.

A função pinMode () configura um componente eletrônico como dispositivo de saída (OUTPUT) – atuador – ou como dispositivo de entrada (INPUT) – sensor. A função tem como primeiro argumento, o pino, e como segundo argumento, o tipo do dispositivo empregado (entrada ou saída).

Outro comando que passaremos a usar a partir desse projeto é o Serial.begin(). Através dele, iniciaremos a comunicação com a porta serial. Em nossos projetos, digitaremos Serial.begin(9600). Este valor (9600) representa a velocidade da transferência de dados, em bits por segundo (9600 bits/segundo).

A comunicação serial possibilita o Arduino se comunicar com um computador ou com outros dispositivos. Todas as placas Arduino possuem pelo menos uma porta serial (também conhecida como UART ou USART).

Observação: Os LEDs RX e TX da placa piscam quando há a transferência de dados entre o computador e a placa Arduino. O fato ajuda a perceber se a comunicação está ocorrendo da maneira correta.

A função loop() tem como propósito fundamental a repetição contínua do código atribuído a ela. Haverá execução dos códigos desta função até o momento em que a placa não puder ser energizada.

Siga os passos abaixo:
1º Passo: Digite os comandos da mesma forma que se encontra abaixo.
Atenção: Você deverá digitar o que se encontra do lado esquerdo. As informações em vermelho do lado direito é apenas para que você entenda o que cada comando significa.

2º Passo: Clique em Verify.

3º Passo: Realize a seguinte montagem:

3º Passo: Insira o cabo USB no seu PC e o outro extremo na placa Arduino.

4º Passo: Clique em Upload.

5º Passo: Gire a chave seletora do multímetro para 20 V.

6º Passo: Meça a tensão de saída de cada porta digital em relação ao GND, como mostra a figura abaixo, uma porta de cada vez.

7º Passo: Verifique o valor de, aproximadamente, 5 V no visor do multímetro.

8º Passo: Realize a medição na outra porta digital de saída em relação ao GND como mostra a figura abaixo.

9º Passo: Verifique o valor de, aproximadamente, 5 V no visor do multímetro.

10º Passo: Faça o mesmo procedimento para os demais fios.

Agora que você já testou as portas digitais do Arduino que serão utilizadas, está na hora de realizar o primeiro projeto utilizando, de fato, o Arduino. A ideia é ativar 10 LEDs, você utilizará o mesmo programa que digitou anteriormente, não necessitando fazer nenhuma alteração.

1º Passo: Retire o cabo USB que está conectado na placa Arduino.

2º Passo: Retire os fios que você utilizou no momento do teste com o multímetro.

Observação: Antes de dar continuidade aos passos, você deverá aprender a diferenciar os terminais do LED para que realize a montagem correta na protoboard. Para isso, leia a explicação a seguir e depois dê sequência aos passos.

DIFERENCIANDO TERMINAIS DO LED

Para você diferenciar Anodo de Catodo, você pode tentar observar 3 características:
1. O maior terminal é o Anodo e o menor o Catodo. No entanto, quando o LED já foi muito utilizado tem a chance de já estar do mesmo tamanho;
2. O lado reto, isto é, o “chanfro” é uma característica exclusiva do Catodo;
3. O Catodo apresenta a parte interna metálica maior que o Anodo.

Caso não consiga identificar Anodo ou Catodo por alguma dessas características acima citadas, a análise pode ser feita também por meio do multímetro.

Já que o LED é um diodo emissor de luz, seu teste é igual ao feito com diodos comuns, a diferença é que se o LED estiver em bom estado, ele irá acender.

DIFERENCIANDO TERMINAIS DO LED COM O MULTÍMETRO

1º Passo: Gire a chave seletora do multímetro para a escala de diodo.

2º Passo: Coloque a ponteira vermelha do multímetro em um terminal e a preta no outro. Poderá ocorrer 2 casos:
– Se o LED acender, o terminal que está conectado à ponteira vermelha é o mais positivo, ou seja, é o anodo.
– Se o LED não acender, inverta as ponteiras e, quando acender, o terminal que está conectado à ponteira vermelha é o mais positivo, ou seja, é o anodo.

3º Passo: Gire a chave seletora do multímetro para OFF.

4º Passo: Realize a montagem como mostra abaixo.

5º Passo: Conecte o cabo USB no PC e na placa Arduino.

6º Passo: No software, clique em Upload

Faremos agora alterações no programa para que você crie habilidade em programar com o Arduino. Com essas alterações, os LEDs acenderão um de cada vez a cada 2 segundos e, por fim, após todos estarem acesos, um de cada vez será desligado com um intervalo de 2 segundos, até que todos sejam desligados. Para isso, siga os passos:

1º Passo: Digite o programa que se encontra na página a seguir.

Observação: A declaração das variáveis se mantém e o void setup também. Você só precisará alterar o programa anterior a partir do void loop.

2º Passo: Clique em Verify.

3º Passo: Clique em Upload.

4º Passo: Verifique se o seu projeto está trabalhando adequadamente. Isto é, se os LEDs estão acendendo um de cada vez a cada 2 segundos e, após todos estarem acesos, um de cada vez está sendo desligado com um intervalo de 2 segundos.

AULA 02. ARDUINO COM ELETRÔNICA

APRENDENDO COMANDOS DO ARDUINO

DEFININDO PINOS/PORTAS

Quando começarmos a fazer nossos projetos utilizando o software, de fato, devemos ficar atentos para não nos esquecer de definir em que pino digital ou analógico está inserido cada um dos componentes. Caso conectemos o LED no pino 13, temos que por obrigação mandar essa informação ao Arduino. Nesse caso, por exemplo, precisamos digitar o comando int LED = 13. Observe a explicação abaixo:

Variáveis são posições na memória de programa do Arduino identificadas com um nome e o tipo de dado que irão ser armazenados nessa posição.

Essa posição de memória pode receber valores durante a execução do programa e podem ser alterados a qualquer momento pelo programa e deve ser respeitado o tipo de dado da variável.

Observe que logo acima digitamos //declara a variável e atribui o valor 13 para explicar o significado da linha de comando int LED = 13; Logo, usa-se // (duas barras invertidas) para habilitar a possibilidade de fazer comentários na linha de código. O objetivo é explicar o código da maneira mais clara possível para que quem for ler possa compreender facilmente o projeto apresentado. Os comentários são descartados no momento de envio de dados para a placa, ou seja, o que estiver escrito nos comentários não será enviado como instruções ao microcontrolador.

FUNÇÃO setup()

Todo o conteúdo da função setup() será executado apenas uma vez, imediatamente após o microcontrolador ser energizado. Caso o botão Reset da placa Arduino seja pressionado ou ocorra queda de energia elétrica, a placa executará o último conjunto de instruções enviadas. Nessas condições, a função setup() é executada novamente.

O comando pinMode () configura um componente eletrônico como dispositivo de saída (OUTPUT) – atuador – ou como dispositivo de entrada (INPUT) – sensor. Apresenta como primeiro argumento, o pino, e como segundo argumento, o tipo do dispositivo empregado (entrada ou saída).

Através dele, iniciaremos a comunicação com a porta serial. Em nossos projetos, digitaremos Serial.begin(9600). Este valor (9600) representa a taxa de transferência de dados, em bits por segundo (9600 bits/segundo).
A comunicação serial possibilita o Arduino se comunicar com um computador ou com outros dispositivos.
Observação: Os LEDs RX e TX da placa piscam quando há a transferência de dados entre o computador e a placa Arduino. O fato ajuda a perceber se a comunicação está ocorrendo da maneira correta.

A função loop() tem como propósito fundamental a repetição contínua do código atribuído a ela. Haverá execução dos códigos desta função até o momento em que a placa não puder ser energizada.

Siga os passos abaixo:

1º Passo: Digite os comandos da mesma forma que se encontra abaixo.
Atenção: Você deverá digitar o que se encontra do lado esquerdo. As informações em vermelho do lado direito é apenas para que você entenda o que cada comando significa.

2º Passo: Clique em Verify.

3º Passo: Realize a seguinte montagem:

3º Passo: Insira o cabo USB no seu PC e o outro extremo na placa Arduino.

4º Passo: Clique em Upload.

5º Passo: Gire a chave seletora do multímetro para 20 V.

6º Passo: Meça a tensão de saída de cada porta digital em relação ao GND, como mostra a figura abaixo, uma porta de cada vez.

7º Passo: Verifique o valor de, aproximadamente, 5 V no visor do multímetro.

8º Passo: Realize a medição na outra porta digital de saída em relação ao GND como mostra a figura abaixo.

9º Passo: Verifique o valor de, aproximadamente, 5 V no visor do multímetro.

10º Passo: Faça o mesmo procedimento para os demais fios.

Agora que você já testou as portas digitais do Arduino que serão utilizadas, está na hora de realizar o primeiro projeto utilizando, de fato, o Arduino. A ideia é ativar 10 LEDs, você utilizará o mesmo programa que digitou anteriormente, não necessitando fazer nenhuma alteração.

1º Passo: Retire o cabo USB que está conectado na placa Arduino.

2º Passo: Retire os fios que você utilizou no momento do teste com o multímetro.

4º Passo: Realize a montagem como mostra abaixo.

5º Passo: Conecte o cabo USB no PC e na placa Arduino.
6º Passo: No software, clique em Upload

Faremos agora alterações no programa para que você crie habilidade em programar com o Arduino. Com essas alterações, os LEDs acenderão um de cada vez a cada 2 segundos e, por fim, após todos estarem acesos, um de cada vez será desligado com um intervalo de 2 segundos, até que todos sejam desligados. Para isso, siga os passos:

1º Passo: Digite o programa a seguir.
Observação: A declaração das variáveis se mantém e o void setup também. Você só precisará alterar o programa anterior a partir do void loop.

2º Passo: Clique em Verify.

3º Passo: Clique em Upload.

4º Passo: Verifique se o seu projeto está trabalhando adequadamente. Isto é, se os LEDs estão acendendo um de cada vez a cada 2 segundos e, após todos estarem acesos, um de cada vez está sendo desligado com um intervalo de 2 segundos.

ESTUDANDO PUSH BUTTON

Um interruptor pode funcionar como um sensor digital já que ou está fechado (conduzindo corrente elétrica) ou aberto. Reforçando, só existem essas duas condições: ou o circuito estará fechado (em eletrônica digital, dizemos normalmente nível lógico 1) ou o circuito ficará aberto (em eletrônica digital, dizemos nível lógico 0) .

O modelo de interruptor Push Button que será utilizado nessa aula consiste em uma chave dupla, ou seja, são duas chaves independentes (6 terminais), cada uma com 3 terminais. Ela é usada quando desejamos ativar/desativar duas situações diferentes. Por exemplo, podemos ligar um LED em um lado da chave e do outro lado outro componente eletrônico como um BUZZER (sirene).

Figura: Modelo de Interruptor Push Button (chave dupla)

Figura: Vista lateral do interruptor Push Button sendo pressionado, à esquerda e, sem estar sendo pressionado, à direita.

TESTANDO O INTERRUPTOR PUSH BUTTON (CHAVE DUPLA)

1. Interruptor sem estar pressionado:
Observação: Deixe a chave sem estar pressionada.

1º Passo: Segure o interruptor de modo que você possa visualizá-la como a figura abaixo.

2º Passo: Procure no multímetro a simbologia  e gire a chave seletora do multímetro para essa opção. Fazendo isso, você poderá medir continuidade, isto é, se nessa configuração ela pode permitir ou não a passagem da corrente elétrica, quando o circuito estiver sendo energizado.

Coloque as duas ponteiras do multímetro como mostra a figura abaixo.

3º Passo: Observe o valor indicado no visor do multímetro.
– Caso tenha aparecido um valor, siga para o próximo passo.
– Caso tenha aparecido “|”, gire a chave e faça novamente a medição nos dois terminais e veja se agora está indicando um valor.

4º Passo: Observe que apareceu um valor, indicando que a chave está fechada e a corrente pode passar de um terminal para o outro, se essa chave estiver em um circuito fechado sendo energizado.

5º Passo: Pressione a chave e meça novamente sem alterar a posição das ponteiras como mostra a figura a seguir.

Interruptor pressionado:

6º Passo: Observe que agora no visor do multímetro está aparecendo o símbolo de infinito “|”, indicando que agora a chave está aberta.

7º Passo: Mantenha o multímetro na opção 

8º Passo: Pressione a chave novamente para que ela agora fique na opção “não pressionada”.

9º Passo: Coloque as ponteiras do multímetro como mostra a figura abaixo.

10º Passo: Observe que nesse caso apareceu no visor do multímetro um traço vertical como esse “|”, indicando que a chave está aberta e a corrente elétrica não passa de um terminal para o outro.

Interruptor pressionado:
11º Passo: Pressione a chave e meça novamente como você fez logo acima.

12º Passo: Observe que apareceu no visor um valor, ou seja, ao pressionar a chave, ela fechou seus contatos. Assim, em um circuito, com a chave pressionada, esses dois contatos permitiriam a passagem da corrente elétrica nessa configuração.

Observação: Perceba que sempre que pressionamos a chave mudamos o estado dos terminais. Se a chave estava aberta, depois de pressionar, ela fecha e, se estava fechada, depois de pressionar, ela abre.

13º Passo: Realize o mesmo procedimento feito até agora para testar os 3 terminais superiores da chave.

PROJETO: INTERRUPTOR PUSH BUTTON E LED

1º Passo: Monte o circuito abaixo.
Observação: A tensão de alimentação é de 3,3 V. Perceba onde está conectado o jumper vermelho.

2º Passo: Sem pressionar a chave, verifique o estado do LED e responda aqui se ele se encontra aceso ou apagado: _______________________

3º Passo: Gire a chave seletora do multímetro para escala de 20 V DC e meça a ddp no LED e indique o valor encontrado: __________________

4º Passo: Pressione a chave, verifique o estado do LED e responda aqui se ele se encontra aceso ou apagado: _____________________________

5º Passo: Mova o jumper que está conectando o resistor à chave para o terminal da chave mais à esquerda.

6º Passo: Mova o jumper de alimentação (3,3 V) para o terminal do centro da chave.

Deverá ficar assim:

Observação: Perceba que em uma configuração, a chave precisou ser pressionada para que o LED acendesse, já na outra, o LED permaneceu aceso até que a chave fosse pressionada e o LED viesse a apagar.

PROJETO: INTERRUPTOR PUSH BUTTON E BUZZER

1º Passo: Monte o circuito abaixo.

2º Passo: Conecte o cabo USB para alimentar a placa Arduino e seu circuito ser energizado.

3º Passo: Sem pressionar a chave, verifique o estado do BUZZER e responda aqui se ele se encontra ativado ou desativado: _____________

4º Passo: Pressione a chave, verifique o estado do BUZZER e responda aqui se ele se encontra ativado ou desativado: ________________________

5º Passo: Desconecte o cabo USB para fazer alterações no circuito.

6º Passo: Mova o jumper que está conectando o resistor ao terminal do centro da chave para o extremo da esquerda.

7º Passo: Mova o jumper dos 5 V proveniente do Arduino para o terminal do centro da chave.
Deverá ficar assim:

8º Passo: Conecte o cabo USB e veja o resultado.

Observação: Você deve ter percebido que em uma condição a sirene só foi ativada quando a chave foi pressionada e, em outra condição (sem a chave estar pressionada), a sirene já estava ativada e quando pressionada, desativou.

9º Passo: Desconecte o cabo USB.

PROJETO: CHAVE PUSH BUTTON COM LED E BUZZER

1º Passo: Monte o circuito abaixo.

2º Passo: Conecte o cabo USB para alimentar a placa Arduino e seu circuito ser energizado.

3º Passo: Deixe a chave sem estar pressionada e anote aqui se o BUZZER está ativado ou desativado e se o LED está aceso ou apagado.
Estado do BUZZER: __________________________
Estado do LED: _____________________________

4º Passo: Pressione a chave e anote aqui se o BUZZER está ativado ou desativado e se o LED está aceso ou apagado.
Estado do BUZZER: __________________________
Estado do LED: _____________________________

5º Passo: Retire a chave do circuito.

6º Passo: Gire a chave e conecte no circuito, isto é, os terminais que antes estavam em cima agora deverão ficar embaixo.

7º Passo: Você deve ter percebido que houve uma mudança no seu circuito.

Observação: Perceba que em uma configuração da chave, o LED e o BUZZER ativaram apenas quando a chave foi pressionada. Já em outra configuração, eles já estavam ativados com a chave não pressionada e, quando pressionada, desativaram.

8º Passo: Gire a chave e conecte no circuito, retornando à posição original.

9º Passo: Retire o cabo USB.

10º Passo: Perceba que o resistor que está conectado ao LED está no extremo da chave do lado esquerdo. Desloque o resistor para o extremo do lado direito.

11º Passo: Conecte o cabo USB.

12º Passo: Sem a chave estar pressionada, anote aqui o estado do LED e do BUZZER.
Estado do LED: ________________________
Estado do BUZZER: _____________________

13º Passo: Pressione a chave e, em seguida, anote aqui o estado do LED e do BUZZER.
Estado do LED: ________________________
Estado do BUZZER: _____________________

Observação: Você deve ter notado que agora os estados do LED e do BUZZER estão alternados, isto é, quando um está ativo o outro está desativo. Isso acontece exatamente devido ao modo como a chave funciona, ora fechando uns contatos, ora fechando outros, que já verificamos anteriormente.

13º Passo: Para finalizar essa etapa, veja o que acontece caso mude a posição do jumper que está conectado no pino 5V para o pino de 3,3 V.

Observação: Você deve ter notado que utilizando a alimentação de 3,3 V, quando o BUZZER foi ativado, emitiu um som com intensidade sonora inferior.

TEORIA BÁSICA DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO

Para automatizar residências, processos industriais, precisamos de sensores que captem alguma informação do mundo real como umidade, presença, iluminação, temperatura, e dispositivos como relés e contatores (atuadores) para ativar ventiladores, lâmpadas, ares-condicionados, entre outros equipamentos. Para que possamos controlar o tempo de acionamento desses dispositivos, por exemplo, precisamos programar e gravar o que desejamos em um microcontrolador, que nesse curso será o microcontrolador do Arduino.

Assim, de forma mais detalhada, temos que:

Sensores são dispositivos que captam informação do meio externo. Isto é, detectam a variação de grandezas do meio externo, transformando essas variações em pequenos sinais elétricos que são utilizados para executar determinadas ações pertinentes para cada situação. Como já citado anteriormente, existem sensores de temperatura, de luminosidade, infravermelho, entre outros. Os sensores podem ser analógicos e digitais. Mais na frente você aprenderá como diferenciá-los, pois essa informação vai ser importante quando for programar no Arduino.

Os Controladores recebem informações (dados) dos sensores e mandam a ordem para que os atuadores executem. Um exemplo de controlador é o chip presente nas placas Arduino.

Pense em um robô (carrinho) andando em linha reta só que a determinada distância se encontra uma pedra. Se o robô colidir com a pedra talvez quebre. Portanto, é fundamental um sensor de distância que perceba objetos e que envie a distância continuamente para o controlador para que quando chegue perto da pedra, o controlador mande o robô desviar da pedra, seja dobrando a direita ou esquerda dependendo da programação pré-estabelecida.

Os atuadores são aqueles que executam as ações comandados pelo controlador.

As informações do mundo real são captadas por meio de sensores, passam pelo microcontrolador e os atuadores executam as tarefas dependendo do que foi programado pelo usuário.

O usuário digita o programa no IDE (Integrated Development Environment ou Ambiente de Desenvolvimento Integrado) do Arduino, depois manda o comando para que possa ser gravado em um chip (microcontrolador) e, posteriormente, diversas ações possam ser tomadas.

Figura: Ambiente de Desenvolvimento Integrado do Arduino (IDE).

Por exemplo, um microcontrolador de forno microondas obtém a entrada a partir de um teclado (sensor), exibe a saída em um visor LCD e por meio de uma interface aciona um dispositivo eletromecânico chamado relé (atuador), que liga e desliga o gerador de microondas.

Como dissemos anteriormente, existem os sensores analógicos e digitais.

Uma maneira bem simples para se entender o conceito das palavras analógico e digital é a comparação de uma rampa com uma escada.

Ao se analisar a rampa, percebe-se que uma pessoa poderá ocupar cada uma das infinitas posições existentes entre o início e o fim. No caso da escada, a pessoa poderá estar em apenas um dos seus degraus. Sendo assim, é correto dizer que a rampa pode representar um sistema analógico, enquanto que a escada pode representar um sistema digital.

Nota-se, então, que o sinal analógico é um tipo de sinal que aumenta ou diminui com o tempo de forma gradativa, como uma rampa. Já o sinal digital é um sinal com valor ora ALTO (HIGH), ora baixo (LOW). Isto é, apresenta “saltos” bruscos, como os degraus de uma escada.

Mas, quem será que capta esses sinais analógicos/digitais? A resposta é fácil: os sensores.

Estudaremos ao longo das nossas aulas o controlador do Arduino, alguns tipos de sensores como o LM35 (sensor de temperatura), potenciômetro, LDR, push button (modelo de chave) e atuadores como LED, motores, buzzer (espécie de buzina), entre outros.

Segue abaixo alguns componentes eletrônicos e como eles podem atuar em um sistema de automação.
1. Push Button (trabalha como sensor digital)
2. Potenciômetro (trabalha como sensor analógico)
3. LDR (trabalha como sensor analógico)
4. LED (trabalha como atuador digital, de modo geral)

ESQUEMA SIMPLES DE AUTOMAÇÃO COM ARDUINO

COMANDOS DE FORMA ESQUEMÁTICA

Alguns exemplos:

Ex: Push button (exemplo de uma chave)  Devemos digitar a função digitalRead para ler o estado da chave (1 ou 0) , isto é, (1) caso pressionada e (0), caso não.

Ex: Sensores de luminosidade, temperatura, pressão e umidade possuem grandezas analógicas Devemos digitar a função analogRead para ler a informação “captada” por cada sensor.

Observação: Dos comandos acima, apenas a função analogWrite não será apresentada durante a aula de hoje. Ela será abordada mais na frente, em outra aula desse curso.

Observação: Podemos citar mais exemplos para completar essa tabela. Caso você tenha um pouco mais de conhecimento em eletrônica, talvez tenha se lembrado do NTC (sensor de temperatura) como sensor analógico e ainda do relé e das lâmpadas como atuadores digitais. No entanto, caso você ainda não conheça esses componentes eletrônicos, não tem problema, pois ao longo do curso estudaremos esses dispositivos.

PROJETO: BUZZER + LED

1º Passo: Monte o circuito abaixo.

2º Passo: Digite o programa no Arduino

3º Passo: Conecte o cabo USB na placa para energizar seu circuito.

Atenção: É fundamental que o aluno entenda a importância do uso do Arduino para os projetos eletrônicos. Muitos dos projetos que estamos desenvolvendo com o Arduino e que ainda iremos fazer, também são possíveis de serem criados apenas com os componentes eletrônicos, no entanto, o nível de complexidade é bem maior. Assim, a placa Arduino, que já apresenta uma quantidade muito grande de componentes eletrônicos de forma integrada, chegou como uma forma de facilitar o nosso trabalho, economizando espaço e, principalmente, tempo.

Em outras palavras, projetos com controle de tempo, de velocidade ou de luz, por exemplo, que com o Arduino são considerados simples/medianos, sem usar esse microcontrolador, fazendo tudo apenas com os componentes eletrônicos disponíveis, demandaria muito mais conhecimento, componentes, espaço e tempo.

Vamos supor que no nosso projeto temos 2 lâmpadas (iguais), 2 motores DC (iguais) e 1 sirene e desejamos que um dos motores gire mais do que o outro e que uma lâmpada acenda com intensidade luminosa superior a da outra, controlados para que primeiro uma das lâmpadas acenda com menor luminosidade e depois de 5 segundos a outra acenda. Em seguida, um dos motores comece a girar com metade da sua velocidade máxima e depois de 10 segundos, o outro gire com sua velocidade máxim a. Após 2 minutos nesse processo, tudo seja desativado durante 10 segundos e depois ao retornar ao funcionamento, a sirene seja ativada com metade da intensidade sonora.

Com o Arduino, seria relativamente simples de se fazer. Com os conhecimentos dessa segunda aula ainda não é possível, mas à medida que formos aprofundando nossos conhecimentos ao longo das aulas, você verá que é possível realizar esse projeto sem dificuldade. Já usando apenas a eletrônica, sem se aliar à programação por meio de um microcontrolador, como o Arduino, seria preciso realizar diversos circuitos como PWM (para controle de luminosidade/velocidade), timers, para controle do tempo, No entanto, cada um deles exige considerável conhecimento técnico em eletrônica, que muitas vezes, o aluno que está iniciando no ramo ainda não tem e fica limitado em realizar seus projetos ou até mesmo os que têm e sabem montá-los não fazem devido ao tempo que levaria para criar projetos desse tipo (controle de tempo, velocidade e luminosidade com precisão).

Então, o Arduino chegou como uma forma de ajudar aqueles que não tem tanto contato com a eletrônica mas que querem ir aprendendo aos poucos à medida que vão realizando projetos. O problema é que muitos estudantes ficam satisfeitos com apenas ativar um LED, um Buzzer ou usar um sensor de distância e não avançam em circuitos mais interessantes, aproveitando o que o microcontrolador pode nos fornecer, por não quererem estudar eletrônica e programação juntas. Ou seja, ou escolhem um ramo ou outro, em vez dos dois e acabam ficando bastante limitados.

Por esse motivo, no nosso curso, ensinamos os comandos necessários para saber programar no Arduino e realizar inúmeros projetos, já que ensinamos a eletrônica, de fato, para que o aluno possa depois também criar seus próprios projetos seja na área de robótica, automação residencial, entre outras, e não ficar sempre dependendo de modelos encontrados na Internet ou livros.

REVISANDO: POTENCIÔMETRO

O potenciômetro, por exemplo, é um resistor variável já que sua resistência varia conforme a nossa mão vai girando o eixo do potenciômetro, trabalhando dessa forma como um sensor analógico.

                 

PROJETO: VARIANDO RESISTÊNCIA DO POTENCIÔMETRO

Esse projeto será bem simples, porém muito importante, pois ajudará a compreender o fato de o Arduino apresentar um conversor Analógico/Digital e interpretar a faixa de 0 a 5 V do potenciômetro (sensor analógico) como 0 a 1023, como citado anteriormente.

1º Passo: Definir em que pino analógico do Arduino o potenciômetro está conectado.
int potenciometro = A0;

2º Passo:
Parte 1: Chamar a função void setup. Na região entre as chaves, definiremos se os nossos componentes são sensores (INPUT) ou atuadores (OUTPUT) e iniciaremos comunicação com a porta serial.

3º Passo: Chamar a função loop. O que estiver dentro dela será executado várias vezes.

4º Passo: Criar uma variável chamada valorlido e definir que receberá um valor entre 0 e 1023 do potenciômetro. Observe que 0 representa resistência 0 e 1023, resistência máxima.

5º Passo: Mostrar no Serial Monitor esse valor entre 0 e 1023, lido de acordo com resistência do potenciômetro.

Seu programa deverá estar assim:

Sua tela principal do Arduino (IDE, que significa Ambiente de Desenvolvimento Integrado) deverá estar assim:

Depois de ter digitado todo o programa, siga os passos:

1º Passo: Clique no ícone Verify ou Verificar.

2º Passo: Aparecerá uma mensagem na barra de status da sua tela, indicando que os comandos que você digitou no seu esboço (sketch) estão sendo verificados.

Observe que a verificação está “carregando”.

3º Passo: Caso você tenha digitado tudo certo aparecerá a seguinte mensagem: “Done compiling.”

Atenção: Se não aparecer a mensagem “Done compiling”, tente encontrar a sua falha. Caso apareça a mensagem “Done compiling”, indica que você digitou tudo certo.

4º Passo: Ao chegar nesse passo, a verificação do programa já deve ter sido realizada com sucesso. Isto é, a mensagem “Done compiling” precisa estar aparecendo no seu programa, conforme a figura abaixo:

Observação: Você deverá selecionar o modelo da placa Arduino que está em sua bancada (UNO, Duemilanove ou MEGA 2560) no software. Para isso, siga os passos:

1º Passo: Clique no ícone Tools, se o seu Arduino estiver em inglês, ou Ferramentas, se estiver em português.

2º Passo: Desloque o mouse sobre a opção Board ou Placa e, em seguida, clique sobre a opção Arduino Uno, Arduino Duemilanove w/ATmega328 ou Arduino Mega2560 or Mega ADK, dependendo de qual placa você está usando na sua bancada.

3º Passo: Agora conecte o cabo USB (Azul) na placa Arduino e no PC.

4º Passo: Clique em Upload para o programa ser gravado na memória do Arduino.

5º Passo: Deverá aparecer uma mensagem indicando que o Upload foi realizado com sucesso.

Observação: Caso tenha aparecido uma alerta em laranja, você precisará encontrar o problema e solucioná-lo.

Se a mensagem de alerta for semelhante a da figura abaixo, siga os passos que estão depois da imagem para você corrigir o problema.

1º Passo: Clique no ícone Tools, se o seu Arduino estiver em inglês, ou Ferramentas, se estiver em português.

2º Passo: Clique sobre o ícone Serial Port e, em seguida, escolha uma das opções de COM que aparecem.

3º Passo: Clique em Upload para o programa ser gravado na memória do Arduino.

Para que possamos visualizar se o microcontrolador está lendo a variação da resistência do potenciômetro à medida que rotacionamos o seu eixo, utilizaremos o Serial Monitor (versão do software em inglês) ou Monitor Serial (versão do software em português). Para isso, siga os passos:

1º Passo: Clique no ícone Tools, se o seu Arduino estiver em inglês, ou Ferramentas, se estiver em português.

2º Passo: Ao selecionar opção Tools (versão inglês) ou Ferramentas (versão português), clique sobre Serial Monitor (versão inglês) ou Monitor Serial (versão português).

Observe que abriu uma janela do Serial Monitor. Ela servirá de interface entre você e o microcontrolador do Arduino. Para você compreender melhor a sua importância, siga os passos:

1º Passo: Gire o eixo do potenciômentro para a esquerda até não conseguir mais girar e observe o valor que aparecerá no Serial Monitor.

2º Passo: Agora gire um pouco o eixo do potenciômetro para direita até metade e observe o valor que aparecerá no Serial Monitor.

3º Passo: Continue girando para direita até não conseguir mais girar e observe o valor que aparecerá no Serial Monitor.

Observação: Você deve ter percebido que ao girar o potenciômetro totalmente em um sentido, apareceu o valor “0” no Serial Monitor e, ao girar o potenciômetro totalmente no outro sentido, apareceu o valor “1023” no Serial Monitor. Já no meio termo desse giro, você deve ter visualizado valores entre “0” e “1023”.

No momento que você rotacionou o eixo do potenciômetro totalmente em um sentido, você o deixou com resistência 0 ohm. À medida que você foi girando o eixo, foi aumentando a resistência até não conseguir girar mais e chegar no valor máximo de resistência, nesse caso, 100 k ohms e a tensão foi variando de 0 V até 5 V. Para comprovar isso, siga os passos abaixo:

1º Passo: Gire a chave seletora do multímetro para 20 V DC para que você possa medir a ddp o potenciômetro em cada um desses casos.

2º Passo: Gire o eixo do potenciômetro todo para o lado esquerdo.

3º Passo: Coloque a ponteira vermelha no centro e a ponteira preta no terminal que está conectado ao GND.

4º Passo: Visualize o valor da ddp no visor do multímetro.

5º Passo: Aos poucos, gire o eixo do potenciômetro.

6º Passo: Visualize o valor da ddp no visor do multímetro.

7º Passo: Você deve ter observado que ao girar o potenciômetro, a ddp variou de 0 V até 5 V que, para o Arduino, variou de 0 a 1023.

CONVERSÃO ANALÓGICO/DIGITAL

É preciso entender que o microcontrolador do Arduino trabalha internamente com dados digitais. Ou seja, ao receber um sinal analógico converte para um valor digital. O responsável pela conversão é um circuito eletrônico conhecido como conversor Analógico/Digital e, nesse caso, é de 10 bits.

Assim, a partir da função analogRead, o Arduino lê a informação do pino analógico (conectado ao sensor). Depois, o conversor pode mapear tensões de entrada entre 0 e 5 V para valores inteiros entre 0 e 1023.

Quando o potenciômetro estiver regulado em sua máxima resistência, o Arduino entenderá esses 5 V entre o seu pino analógico e o GND como 1023 (valor digital). Por que será que isso acontece?

Isso ocorre porque as placas de Arduino apresentam um conversor Analógico/Digital de 10 bits. Recebendo um valor de tensão de 5 V (valor analógico), converterá no valor 1023 (em eletrônica digital, vemos que 210 = 1024).

210  O algarismo 2 faz referência ao sistema binário em que os algarismos só podem ser 0 ou 1 (2 opções) e o algarismo 10 do expoente representa o número de bits (conversor Analógico/Digital do Arduino apresenta 10 bits).

Observação: O sistema de numeração binário é o mais importante sistema de numeração em sistemas digitais. Porém, outros sistemas também são muito utilizados, sendo necessária uma maneira de se converter os valores de um sistema para outro.

Os principais periféricos que contém conversores analógico/digitais são:

• as placas de aquisição de vídeo
• os scanners
• as placas de captura de som (quase todas as placas de som)
• o mouse, a tela e todo o mecanismo de mira
• os leitores (óticos como o leitor de CD-ROM, magnéticos como o disco rígido)
• os modems (na recepção)

Assim, 0 Volt para o Arduino é 0 e 5 V é 1023. Se você contar quantos números há nesse intervalo entre 0 e 1023 perceberá que são 1024. Faça assim: conte de 0 até 9 e veja que tem 10 números. Assim, com a mesma lógica, de 0 até 1023 tem 1024 números.

Ou seja, esse 1024 representa 1024 valores entre 0 e 5 V.

AULA 03. ARDUINO COM ELETRÔNICA

PARTE TEÓRICA

SISTEMA DE AUTOMAÇÃO

Para automatizar residências, processos industriais, precisamos de sensores que captem alguma informação do mundo real como umidade, presença, iluminação, temperatura, e dispositivos como relés e contatores (atuadores) para ativar ventiladores, lâmpadas, ares-condicionados, entre outros equipamentos. Para que possamos controlar o tempo de acionamento desses dispositivos, por exemplo, precisamos programar e gravar o que desejamos em um microcontrolador, que nesse curso será o microcontrolador do Arduino.
Assim, em um sistema básico de automação se trabalha com sensores, controladores e atuadores.

• O que fazem os Sensores?

Sensores são dispositivos que captam informação do meio externo. Isto é, detectam a variação de grandezas do meio externo, transformando essas variações em pequenos sinais elétricos que são utilizados para executar determinadas ações pertinentes para cada situação. Como já citado anteriormente, existem sensores de temperatura, de luminosidade, infravermelho, entre outros. Os sensores podem ser analógicos e digitais. Mais na frente você aprenderá como diferenciá-los, pois essa informação vai ser importante quando for programar no Arduino.

• O que fazem os Controladores?

Os Controladores recebem informações (dados) dos sensores e mandam a ordem para que os atuadores executem. Um exemplo de controlador é o chip presente nas placas Arduino.
Pense em um robô (carrinho) andando em linha reta só que a determinada distância se encontra uma pedra. Se o robô colidir com a pedra talvez quebre. Portanto, é fundamental um sensor de distância que perceba objetos e que envie a distância continuamente para o controlador para que quando chegue perto da pedra, o controlador mande o robô desviar da pedra, seja dobrando a direita ou esquerda dependendo da programação pré-estabelecida.

• O que fazem os Atuadores?

Os Atuadores são aqueles que executam as ações comandados pelo controlador.

• Como os Sensores, Controladores e Atuadores atuam juntos?

As informações do mundo real são captadas por meio de sensores, passam pelo microcontrolador e os atuadores executam as tarefas dependendo do que foi programado
pelo usuário. Por exemplo, um microcontrolador de forno microondas obtém a entrada a partir de um teclado (sensor), exibe a saída em um visor LCD e por meio de uma interface aciona um dispositivo eletromecânico chamado relé (atuador), que liga e desliga o gerador de microondas.

• Qual o seu papel como usuário em um sistema de automação?

O usuário digita o programa no IDE (Integrated Development Environment ou Ambiente de Desenvolvimento Integrado) do Arduino, depois manda o comando para que possa ser gravado em um chip (microcontrolador) e, posteriormente, diversas ações possam ser tomadas.

• Como diferenciar sinais analógicos dos digitais?

Como dissemos anteriormente, existem os sensores analógicos e digitais. Uma maneira bem simples para se entender o conceito das palavras analógico e digital é a comparação de uma rampa com uma escada. Ao se analisar a rampa, percebe-se que uma pessoa poderá ocupar cada uma das infinitas posições existentes entre o início e o fim. No caso da escada, a pessoa poderá estar em apenas um dos seus degraus. Sendo assim, é correto dizer que a rampa pode representar um sistema analógico, enquanto que a escada pode representar um sistema digital. Nota-se, então, que o sinal analógico é um tipo de sinal que aumenta ou diminui com o tempo de forma gradativa, como uma rampa. Já o sinal digital é um sinal com valor ora ALTO (HIGH), ora baixo (LOW). Isto é, apresenta “saltos” bruscos, como os degraus de uma escada.

• Mas, quem será que capta esses sinais analógicos/digitais?

A resposta é fácil: o sensor. Assim, como é de se esperar, aqueles tipos que captam sinais analógicos são chamados sensores analógicos (LDR e potenciômetro, por exemplo) e aqueles que captam sinais digitais, sensores digitais (Push button, por exemplo) .

• Como esse assunto será abordado ao longo das aulas?

Estudaremos o controlador do Arduino, alguns tipos de sensores como o LM35 (sensor de temperatura), potenciômetro, LDR, push button (modelo de chave) e atuadores como LED, motores, buzzer (espécie de buzina), entre outros.

Segue abaixo alguns componentes eletrônicos e como eles podem atuar em um sistema de automação:

1. Push Button (trabalha como sensor digital)
2. Potenciômetro (trabalha como sensor analógico)
3. LDR (trabalha como sensor analógico)
4. LED (trabalha como atuador digital, de modo geral)

ESQUEMA SIMPLES DE AUTOMAÇÃO COM ARDUINO

COMANDOS DE FORMA ESQUEMÁTICA

Alguns exemplos:
Ex: Push button (exemplo de uma chave)  Devemos digitar a função digitalRead para ler o estado da chave (1 ou 0) , isto é, (1) caso pressionada e (0), caso não.
Ex: Sensores de luminosidade, temperatura, pressão e umidade possuem grandezas analógicas Devemos digitar a função analogRead para ler a informação “captada” por cada sensor.
Observação:

Observação: Dos comandos acima, apenas a função analogWrite não será apresentada durante a aula de hoje. Ela será abordada mais na frente, em outra aula desse curso.

Observação: Podemos citar mais exemplos para completar essa tabela. Caso você tenha um pouco mais de conhecimento em eletrônica, talvez tenha se lembrado do NTC (sensor de temperatura) como sensor analógico e ainda do relé e das lâmpadas como atuadores digitais. No entanto, caso você ainda não conheça esses componentes eletrônicos, não tem problema, pois ao longo do curso estudaremos esses dispositivos.

PARTE PRÁTICA

REVISANDO: POTENCIÔMETRO

O potenciômetro, por exemplo, é um resistor variável já que sua resistência varia conforme a nossa mão vai girando o eixo do potenciômetro, trabalhando dessa forma como um sensor analógico.

Simbologia: 

PROJETO: VARIANDO RESISTÊNCIA DO POTENCIÔMETRO

Esse projeto será bem simples, porém muito importante, pois ajudará a compreender o fato de o Arduino apresentar um conversor Analógico/Digital e interpretar a faixa de 0 a 5 V do potenciômetro (sensor analógico) como 0 a 1023, como citado anteriormente.

1º Passo: Definir em que pino analógico do Arduino o potenciômetro está conectado.
int potenciometro = A0;
2º Passo:
Parte 1: Chamar a função void setup. Na região entre as chaves, definiremos se os nossos componentes são sensores (INPUT) ou atuadores (OUTPUT) e iniciaremos comunicação com a porta serial.
void setup () {

3º Passo: Chamar a função loop. O que estiver dentro dela será executado várias vezes.
void loop () {
O que está envolvido pelo retângulo vermelho é a região entre as chaves (corpo da função).

4º Passo: Criar uma variável chamada valorlido e definir que receberá um valor entre 0 e 1023 do potenciômetro. Observe que 0 representa resistência 0 e 1023, resistência máxima.

5º Passo: Mostrar no Serial Monitor esse valor entre 0 e 1023, lido de acordo com resistência do potenciômetro.

Seu programa deverá estar assim:

Sua tela principal do Arduino (IDE, que significa Ambiente de Desenvolvimento Integrado) deverá estar assim:

Depois de ter digitado todo o programa, siga os passos:
1º Passo: Clique no ícone Verify ou Verificar.

2º Passo: Aparecerá uma mensagem na barra de status da sua tela, indicando que os comandos que você digitou no seu esboço (sketch) estão sendo verificados.
Observe que a verificação está “carregando”.

3º Passo: Caso você tenha digitado tudo certo aparecerá a seguinte mensagem: “Done compiling.”

Atenção: Se não aparecer a mensagem “Done compiling”, tente encontrar a sua falha. Caso apareça a mensagem “Done compiling”, indica que você digitou tudo certo.

4º Passo: Ao chegar nesse passo, a verificação do programa já deve ter sido realizada com sucesso. Isto é, a mensagem “Done compiling” precisa estar aparecendo no seu programa, conforme a figura abaixo:

Observação: Você deverá selecionar o modelo da placa Arduino que está em sua bancada (UNO, Duemilanove ou MEGA 2560) no software. Para isso, siga os passos:

1º Passo: Clique no ícone Tools, se o seu Arduino estiver em inglês, ou Ferramentas, se estiver em português.

2º Passo: Desloque o mouse sobre a opção Board ou Placa e, em seguida, clique sobre a opção Arduino Uno, Arduino Duemilanove w/ATmega328 ou Arduino Mega2560 or Mega ADK, dependendo de qual placa você está usando na sua bancada.

3º Passo: Agora conecte o cabo USB (Azul) na placa Arduino e no PC.

4º Passo: Clique em Upload para o programa ser gravado na memória do Arduino.

5º Passo: Deverá aparecer uma mensagem indicando que o Upload foi realizado com sucesso.

Observação: Caso tenha aparecido uma alerta em laranja, você precisará encontrar o problema e solucioná-lo.
Se a mensagem de alerta for semelhante a da figura abaixo, siga os passos que estão depois da imagem para você corrigir o problema.

1º Passo: Clique no ícone Tools, se o seu Arduino estiver em inglês, ou Ferramentas, se estiver em português.

2º Passo: Clique sobre o ícone Serial Port e, em seguida, escolha uma das opções de COM que aparecem.
3º Passo: Clique em Upload para o programa ser gravado na memória do Arduino.

Para que possamos visualizar se o microcontrolador está lendo a variação da resistência do potenciômetro à medida que giramos o seu eixo, utilizaremos o Serial Monitor (versão do software em inglês) ou Monitor Serial (versão do software em português). Para isso, siga os passos:

1º Passo: Clique no ícone Tools, se o seu Arduino estiver em inglês, ou Ferramentas, se estiver em português.

2º Passo: Ao selecionar opção Tools (versão inglês) ou Ferramentas (versão português), clique sobre Serial Monitor (versão inglês) ou Monitor Serial (versão português).

Observe que abriu uma janela do Serial Monitor. Ela servirá de interface entre você e o microcontrolador do Arduino. Para você compreender melhor a sua importância, siga os passos:

1º Passo: Gire o eixo do potenciômentro para a esquerda até não conseguir mais girar e observe o valor que aparecerá no Serial Monitor.

2º Passo: Agora gire um pouco o eixo do potenciômetro para direita até metade e observe o valor que aparecerá no Serial Monitor.

3º Passo: Continue girando para direita até não conseguir mais girar e observe o valor que aparecerá no Serial Monitor.

Observação: Você deve ter percebido que ao girar o potenciômetro totalmente em um sentido, apareceu o valor “0” no Serial Monitor e, ao girar o potenciômetro totalmente no outro sentido, apareceu o valor “1023” no Serial Monitor. Já no meio termo desse giro, você deve ter visualizado valores entre “0” e “1023”.

No momento que você rotacionou o eixo do potenciômetro totalmente em um sentido, você o deixou com resistência 0 ohm. À medida que você foi girando o eixo, foi aumentando a resistência até não conseguir girar mais e chegar no valor máximo de resistência, nesse caso, 100 k ohms e a tensão foi variando de 0 V até 5 V. Para comprovar isso, siga os passos abaixo:

1º Passo: Gire a chave seletora do multímetro para 20 V DC para que você possa medir a ddp o potenciômetro em cada um desses casos.

2º Passo: Gire o eixo do potenciômetro todo para o lado esquerdo.

3º Passo: Coloque a ponteira vermelha no centro e a ponteira preta no terminal que está conectado ao GND.

4º Passo: Visualize o valor da ddp no visor do multímetro.

5º Passo: Aos poucos, gire o eixo do potenciômetro.

6º Passo: Visualize o valor da ddp no visor do multímetro.

7º Passo: Você deve ter observado que ao girar o potenciômetro, a ddp variou de 0 V até 5 V que, para o Arduino, variou de 0 a 1023.

PARTE TEÓRICA

CONVERSÃO ANALÓGICO/DIGITAL

É preciso entender que o microcontrolador do Arduino trabalha internamente com dados digitais. Ou seja, ao receber um sinal analógico converte para um valor digital. O responsável pela conversão é um circuito eletrônico conhecido como conversor Analógico/Digital e, nesse caso, é de 10 bits.

Assim, a partir da função analogRead, o Arduino lê a informação do pino analógico (conectado ao sensor). Depois, o conversor pode mapear tensões de entrada entre 0 e 5 V para valores inteiros entre 0 e 1023.

• Qual a relação entre o projeto do potenciômetro e o conversor analógico/digital?

Quando o potenciômetro estiver regulado em sua máxima resistência, o Arduino entenderá esses 5 V entre o seu pino analógico e o GND como 1023 (valor digital). Por que será que isso acontece?

Isso ocorre porque as placas de Arduino apresentam um conversor Analógico/Digital de 10 bits. Recebendo um valor de tensão de 5 V (valor analógico), converterá no valor 1023 (em eletrônica digital, vemos que 210 = 1024).

210 – O algarismo 2 faz referência ao sistema binário em que os algarismos só podem ser 0 ou 1 (2 opções) e o algarismo 10 do expoente representa o número de bits (conversor Analógico/Digital do Arduino apresenta 10 bits). Observação: O sistema de numeração binário é o mais importante sistema de numeração em sistemas digitais. Porém, outros sistemas também são muito utilizados, sendo necessária uma maneira de se converter os valores de um sistema para outro.

Assim, 0 Volt para o Arduino é 0 e 5 V é 1023. Se você contar quantos números há nesse intervalo entre 0 e 1023 perceberá que são 1024. Faça assim: conte de 0 até 9 e veja que tem 10 números. Assim, com a mesma lógica, de 0 até 1023 tem 1024 números.
Ou seja, esse 1024 representa 1024 valores entre 0 e 5 V.

• Onde podemos encontrar conversores analógico/digitais?

Os principais periféricos que contém conversores analógico/digitais são:

• as placas de aquisição de vídeo
• os scanners
• as placas de captura de som (quase todas as placas de som)
• o mouse, a tela e todo o mecanismo de mira
• os leitores (óticos como o leitor de CD-ROM, magnéticos como o disco rígido)
• os modems (na recepção)

SOFTWARE (ARDUINO) – COMANDO IF/ELSE

Permite executar alguns comandos se uma condição for verdadeira e outros se ela for falsa.

Podemos utilizar os comando if e else em situações como por exemplo, se o LDR estiver em uma região escura (baixa quantidade de luz), o Led acende, senão, o LED não acende. Outra situação é, caso o carrinho esteja próximo de bater na parede, o BUZZER deve ser ativado, caso não, o BUZZER deve ficar desativado.
Ensinaremos melhor como utilizar esses dois comandos ao longo dos projetos.

REVISANDO: LDR

O LDR (Light Dependent Resistor), por exemplo, é um sensor do tipo analógico, já que sua resistência elétrica varia gradativamente de acordo com a luminosidade. Tipicamente, à medida que a intensidade da luz aumenta, a sua resistência diminui.

PROJETO USANDO LDR E LED

Como vimos, o LDR varia sua resistência elétrica com a luminosidade. Faremos um projeto hoje em que dependendo do nível de luz captado pelo LDR, o Led acende (nível HIGH) ou apaga (nível LOW).
1º Passo: Monte o circuito a seguir.

2º Passo: Digite o programa abaixo.

3º Passo: Observe o resultado.

PROJETO: BUZZER + POTENCIÔMETRO + LED + LDR

1º Passo: Realize a montagem abaixo.

2º Passo: Digite o programa abaixo.

AULA 04. ARDUINO COM ELETRÔNICA

PARTE TEÓRICA

Observação: Iniciaremos a aula explicando por qual razão quando variamos a resistência do potenciômetro no projeto da aula passada, observamos no Serial Monitor um valor entre 0 e 1023.

CONVERSÃO ANALÓGICO/DIGITAL

É preciso entender que o microcontrolador do Arduino trabalha internamente com dados digitais. Ou seja, ao receber um sinal analógico converte para um valor digital. O responsável pela conversão é um circuito eletrônico conhecido como conversor Analógico/Digital e, nesse caso, é de 10 bits.

Os computadores interpretam impulsos elétricos, que são representados só por duas opções (1 ou 0). A cada impulso elétrico damos o nome de bit (BInary digiT).

• E como informaremos ao Arduino que ele deve captar a informação (em nível de tensão) do pino analógico conectado ao sensor e interpretar como um valor digital?

Digitando o comando analogRead. Por meio dele, o Arduino lê a informação do pino analógico (conectado ao sensor). Depois, o conversor pode transformar tensões de entrada entre 0 e 5 V para valores inteiros entre 0 e 1023. Você entenderá a seguir qual a razão do valor 1023.

• Qual é a relação entre o projeto do potenciômetro e o conversor Analógico/Digital?

Quando o potenciômetro estiver regulado em sua máxima resistência, o Arduino entenderá esses 5 V entre o seu pino analógico e o GND  como 1023 (valor digital). Por que será que isso acontece?

Isso ocorre porque as placas de Arduino apresentam um conversor Analógico/Digital de 10 bits. Recebendo um valor de tensão de 5 V (valor analógico), converterá no valor 1023
(em eletrônica digital, vemos que  = 1024).

à O algarismo 2 faz referência ao sistema binário em que os algarismos só podem ser 0 ou 1 (2 opções) e o algarismo 10 do expoente representa o número de bits (conversor Analógico/Digital do Arduino apresenta 10 bits).

Observação: O sistema de numeração binário é o mais importante sistema de numeração em sistemas digitais. Porém, outros sistemas também são muito utilizados, sendo necessária uma maneira de se converter os valores de um sistema para outro.

Assim, 0 Volt para o Arduino é 0 e 5 V é 1023.  Se você contar quantos números há nesse intervalo entre 0 e 1023 perceberá que são 1024.  Faça assim: conte de 0 até 9 e veja que tem 10 números. Assim, com a mesma lógica, de 0 até 1023 tem 1024 números.

Ou seja, esse 1024 representa 1024 valores entre 0 e 5 V.

• Onde podemos encontrar conversores Analógico/Digitais?

Os principais periféricos que contém conversores Analógico/Digitais são:

• as placas de aquisição de vídeo;
• os scanners;
• quase todas as placas de som;
• o mouse e a tela;
• os leitores (ópticos como o leitor de CD-ROM, magnéticos como o disco rígido);
• os modems (no processo de recepção).

SOFTWARE (ARDUINO) – COMANDO IF/ELSE

Permite executar alguns comandos se uma condição for verdadeira e outros se ela for falsa.

if ( condição ) {
comandos a serem executados se a condição for verdadeira;
}
else {
comandos a serem executados se a condição for falsa;
}

Podemos pensar no “else” como um complemento do comando “if”, representando “senão”.

Podemos utilizar os comando if e else em situações como por exemplo, se o LDR estiver em uma região escura (baixa quantidade de luz), o Led acende, senão, o LED não acende. Outra situação é, caso o carrinho esteja próximo de bater na parede, o BUZZER deve ser ativado, caso não, o BUZZER deve ficar desativado.

Ensinaremos melhor como utilizar esses dois comandos ao longo dos projetos.

REVISANDO: LDR

O LDR (Light Dependent Resistor), por exemplo, é um sensor do tipo analógico, já que sua resistência elétrica varia gradativamente de acordo com a luminosidade. Tipicamente, à medida que a intensidade da luz aumenta, a sua resistência diminui.

• PARTE PRÁTICA

PROJETO: LDR E LED

Como vimos, o LDR varia sua resistência elétrica com a luminosidade. Faremos um projeto hoje em que dependendo do nível de luz captado pelo LDR, o Led acende (nível HIGH) ou apaga (nível LOW).

• CIRCUITO ELETRÔNICO

 1º Passo: Monte o circuito a seguir.

Observação: Usamos um resistor de 470Ω para provocar uma queda na tensão (5V) e podermos ativar o LED com aproximadamente 1,8 V. Já no caso do LDR, geralmente ele trabalha juntamente com uma resistência de valor ôhmico relativamente baixo. Assim, ao colocarmos 2 resistores iguais (cada um de 470 Ω),  configurados em paralelo, obtivemos uma resistência com metade do valor ôhmico, isto é, 235Ω.

• Resistores em Paralelo

Observação: Nessa configuração, a diferença de potencial (ddp) é a mesma nos dois resistores.

Observação: Quando temos dois resistores dispostos em paralelo, a resistência do sistema (resistência equivalente) é dada por:

Substituindo no exemplo da figura acima, temos que:

• Resistores em Série

Observação: Nessa configuração, a corrente elétrica é a mesma nos dois resistores.

Observação: Quando temos resistores dispostos em série, a resistência do sistema (resistência equivalente) é dada pela soma das resistências. Assim, para o caso de 2 resistores, temos que:

Para o exemplo acima, temos que:

• CÓDIGO DO PROJETO

1º Passo: Digite o programa abaixo.

2º Passo: Clique em Verify (versão em inglês) ou Verificar (versão em português).

3º Passo: Conecte o cabo USB do PC para a placa Arduino.

4º Passo: Clique em Upload (versão em inglês) ou Carregar (versão em português).

PROJETO: BUZZER + POTENCIÔMETRO + LED + LDR

• CIRCUITO ELETRÔNICO

1º Passo: Realize a montagem abaixo.

• CÓDIGO DO PROJETO

1º Passo: Digite o programa abaixo.

2º Passo: Clique em Verify (versão em inglês) ou Verificar (versão em português).

3º Passo: Conecte o cabo USB do PC para a placa Arduino.

4º Passo: Clique em Upload (versão em inglês) ou Carregar (versão em português).

PARTE TEÓRICA

ESTUDANDO O SENSOR DE TEMPERATURA LM35

O sensor de temperatura LM35 apresenta uma saída de tensão linear relativa à temperatura do momento. Observando o sensor da figura acima, o terminal do extremo da esquerda deve receber um valor de tensão entre 4 e 20V DC, mas utilizaremos 5 V por comodidade já que é um valor disponível nos pinos de alimentação da placa Arduino. O terminal do outro extremo deve ser conectado ao GND do circuito e o terminal central é aquele que envia um nível de tensão de saída, valor este interpretado pelo Arduino para apresentá-lo ao usuário na forma de temperatura. O LM35 trabalha emitindo no seu terminal central um sinal de 10mV para cada Grau Celsius de temperatura. Dessa forma, apresentaria em seu terminal de saída o valor de 5 V, caso a temperatura captada fosse de 500 Graus Celsius. Observe os cálculos:

É claro que não trabalharemos com valores assim tão altos de temperatura. Supondo que coloquemos o sensor em um ambiente de 23 Graus Celsius, ao medirmos com um multímetro a tensão em seu terminal de saída em relação ao GND, o valor deverá estar em torno de 230 mV. Observe os cálculos:

PROJETO: SENSOR DE TEMPERATURA + LED +BUZZER

• CIRCUITO ELETRÔNICO

1º Passo: Monte o circuito apresentado abaixo.

• CÓDIGO DO PROJETO
  1º Passo: Digite o código abaixo.

2º Passo: Clique em Verify (versão em inglês) ou Verificar (versão em português).
3º Passo: Conecte o cabo USB do PC para a placa Arduino.
4º Passo: Clique em Upload (versão em inglês) ou Carregar (versão em português).

PARTE TEÓRICA

ESTUDANDO O REED- SWITCH

• O que é o Reed-Switch?

Componente eletrônico bastante utilizado em alarmes de casas e empresas capaz de ligar ou desligar o circuito dependendo da presença ou não de campo magnético.

• De que material é feito o Reed-Switch?

São compostos por contato feito de material ferromagnético, como ferro e níquel, que é acionado na presença de um campo magnético (um ímã, por exemplo).

• Como é o funcionamento do Reed-Switch?

Nas condições normais, as lâminas estão separadas e nenhuma corrente pode circular através do componente (opera como uma chave aberta). Aproximando-se um ímã do dispositivo, a ação do campo magnético faz com que as lâminas se magnetizem e com isso se atraiam, unindo-se. Nestas condições, o contato elétrico é fechado e a corrente circula no circuito.

• Onde não usar o Reed-Switch?

O Reed-Switch trabalha com baixa corrente (em geral, não mais que 200 mA). Logo, nunca devemos empregar esses componentes para controlar diretamente cargas de maior potência como motores, e lâmpadas cujas correntes sejam maiores do que os valores indicados.

• Quais modelos de Reed-Switch existem?

– Normalmente Aberto (NA):
Funciona como um interruptor simples. Em condições normais, as lâminas ficam separadas (interruptor mantém aberto o circuito), não havendo passagem da corrente elétrica. No entanto, as lâminas são feitas com um material ferroso, o que significa que a presença de campo magnético, como o de um ímã, por exemplo, faz com que as lâminas se atraiam (interruptor fecha o circuito), permitindo a passagem de corrente elétrica.
Ou seja, se ligarmos, por exemplo, o Reed–Switch a um LED ou Buzzer, estes apenas serão ativados caso aproximemos o ímã do sensor magnético.

– Normalmente Fechado (NF):
Funciona de modo inverso ao modelo anterior. Em condições normais, as lâminas ficam interligadas (interruptor mantém fechado o circuito), quando, porém, o Reed–Switch sofre a ação do campo magnético, o circuito abre (não há passagem da corrente elétrica) e os demais componentes são desativados.

TESTANDO O REED SWITCH

Ajuste o multímetro para medir continuidade, a fim de verificar se o seu REED SWITCH é normalmente aberto (NA) ou (NF). Para isso, siga os passos abaixo:

1º Passo: Ajuste a chave seletora para a opção 

2º Passo: Coloque as ponteiras como mostra a figura abaixo.

3º Passo: O REED SWITCH está aberto ou fechado?
4º Passo: Agora aproxime o ímã e verifique o valor no multímetro.
5º Passo: Conclua se esse REED SWITCH é NA ou NF.

PROJETO: BUZZER + REED SWITCH

O sensor magnético Reed-Switch trabalhará no circuito como uma chave eletrônica, isto é, permitindo ou não a passagem da corrente elétrica para o BUZZER.

• CIRCUITO ELETRÔNICO

1º Passo: Monte o circuito apresentado abaixo.

• CÓDIGO DO PROJETO

1º Passo: Digite o código abaixo.

2º Passo: Clique em Verify/Verificar.

3º Passo: Conecte o cabo USB na placa Arduino.

4º Passo: Clique em Carregar/Upload.

5º Passo: Observe o resultado.

AULA 05. ARDUINO COM ELETRÔNICA

PARTE TEÓRICA

Como vimos em aulas anteriores, um sistema de automação é composto de sensores, controlador e atuadores. Na aula de hoje, serão apresentados mais dois sensores, sendo um digital (Sensor Magnético, chamado Reed-Switch) e um analógico (Sensor de Temperatura, chamado LM35). Nosso controlador continuará sendo o Arduino e nossos atuadores serão LEDs e o Buzzer.

ESTUDANDO O REED- SWITCH

Figura: Diferentes modelos do sensor magnético Reed-Switch.

• O que é o Reed-Switch?

Componente eletrônico bastante utilizado em alarmes de casas e empresas capaz de ligar ou desligar o circuito dependendo da presença ou não de campo magnético.

• De que material é feito o Reed-Switch?

São compostos por contato feito de material ferromagnético, como ferro e níquel, que é acionado na presença de um campo magnético (um ímã, por exemplo).

• Onde não usar o Reed-Switch?

O Reed-Switch trabalha com baixa corrente (em geral, não mais que 200 mA).
Logo, nunca devemos empregar esses componentes para controlar diretamente cargas de maior potência como motores, e lâmpadas cujas correntes sejam maiores do que os valores indicados.

• Quais modelos de Reed-Switch existem?

– Normalmente Aberto (NA):

Funciona como um interruptor simples. Em condições normais, as lâminas ficam separadas (interruptor mantém aberto o circuito), não havendo passagem da corrente elétrica. No entanto, as lâminas são feitas com um material ferroso, o que significa que a presença de campo magnético, como o de um ímã, por exemplo, faz com que as lâminas se atraiam (interruptor fecha o circuito), permitindo a passagem de corrente elétrica.

Ou seja, se ligarmos, por exemplo, o Reed–Switch a um LED ou Buzzer, estes apenas serão ativados caso aproximemos o ímã do sensor magnético.

– Normalmente Fechado (NF):

Funciona de modo inverso ao modelo anterior. Em condições normais, as lâminas ficam interligadas (interruptor mantém fechado o circuito), quando, porém, o Reed–Switch sofre a ação do campo magnético, o circuito abre (não há passagem da corrente elétrica) e os demais componentes são desativados.

TESTANDO O REED-SWITCH

Ajuste o multímetro para medir continuidade, a fim de verificar se o seu Reed- Switch é normalmente aberto (NA) ou (NF). Para isso, siga os passos abaixo:

1º Passo: Ajuste a chave seletora para a opção. 

2º Passo: Coloque as ponteiras como mostra a figura abaixo.

Observação: Caso indique infinito no visor do multímetro, isto é, caso apareça o símbolo: “|”, indica que a chave está aberta e, conectada a um circuito nessa configuração, não permitirá passagem da corrente elétrica. Caso indique um valor próximo de zero, indica que a chave está fechada e, conectada a um circuito nessa configuração, permitirá a passagem da corrente elétrica.

3º Passo: O Reed-Switch está aberto ou fechado? _____________________

4º Passo: Agora aproxime o ímã e verifique o valor no multímetro.

5º Passo: Conclua se esse Reed-Switch é NA ou NF e escreva aqui: _______________

PROJETO: BUZZER + REED SWITCH

• CIRCUITO ELETRÔNICO

1º Passo: Monte o circuito apresentado abaixo.

IDEIA DO PROJETO:

O sensor magnético Reed-Switch trabalhará no circuito como uma chave eletrônica. Assim, quando fechada (na presença de um ímã, no caso do Reed-Switch NA), a entrada digital do Arduino detectará o valor de 5 V e o microcontrolador enviará uma ordem para que o atuador possa realizar de acordo com a programação definida pelo usuário. Nesse caso, ativar o Buzzer. Já no caso contrário, quando aberta a chave, apenas o resistor estará sendo conectado à entrada digital, como uma forma de proteção do circuito de entrada da placa. Nesse caso,  o microcontrolador enviará a ordem para que o atuador (Buzzer) seja desativado. 

• CÓDIGO DO PROJETO

Observação: Como trabalharemos com um sensor digital (Reed-Switch), usaremos o comando digitalRead(REED) para realizar a leitura digital do sensor (1 ou 0).

1º Passo: Digite o código abaixo.

2º Passo: Clique em Verify/Verificar.
3º Passo: Conecte o cabo USB na placa Arduino.
4º Passo: Clique em Carregar/Upload.
5º Passo: Observe o resultado.

PROJETO: REED SWITCH + BUZZER + 2 LEDS

• CIRCUITO ELETRÔNICO

1º Passo: Monte o circuito apresentado abaixo.

IDEIA DO PROJETO:

Quando os contatos do Reed-Switch estiverem conectados (No caso do modelo NA, na presença de um ímã), o Arduino entenderá, por meio da sua entrada digital (número 2), que a chave foi fechada, pois os 5 V ligados ao Reed-Switch serão detectados pela entrada digital. Nesse caso, por meio da programação, será definido que o LED 1 será ativado, juntamente com o BUZZER.                                                                                                                                        Quando os contatos dos Reed-Switch não estiverem conectados, o Arduino entenderá que a chave foi aberta. Nesse caso, teremos passagem de corrente elétrica pelo resistor conectado à entrada digital número 2, utilizado apenas por proteção do circuito de entrada da placa Arduino. Por meio da programação, definiremos que nessa condição de chave aberta, o LED 2 deverá ser ativado e o LED 1 e o Buzzer deverão ser desativados.

• CÓDIGO DO PROJETO

 Observação: Como trabalharemos com um sensor digital, usaremos o comando digitalRead para realizar a leitura digital do sensor (1 ou 0).

1º Passo: Digite o código abaixo.

2º Passo: Clique em Verify/Verificar.
3º Passo: Conecte o cabo USB na placa Arduino.
4º Passo: Clique em Carregar/Upload.
5º Passo: Observe o resultado.

ESTUDANDO O SENSOR DE TEMPERATURA LM35

Figura: Sensor de temperatura (LM35)

O sensor de temperatura LM35 apresenta uma saída de tensão linear relativa à temperatura do momento. Pode atuar em regiões com temperatura de –55ºC à 150ºC.

Observando o sensor da figura acima, o terminal do extremo da esquerda deve receber um valor de tensão entre 4 e 20V DC, mas utilizaremos 5 V por comodidade já que é um valor disponível nos pinos de alimentação da placa Arduino. O terminal do outro extremo deve ser conectado ao GND do circuito e o terminal central é aquele que envia um nível de tensão de saída, valor este interpretado pelo Arduino para apresentá-lo ao usuário na forma de temperatura.

O LM35 trabalha emitindo no seu terminal central um sinal de 10mV para cada Grau Celsius de temperatura. Assim, percebe-se que:

Supondo que coloquemos o sensor em um ambiente de 23 Graus Celsius, ao medirmos com um multímetro a tensão em seu terminal de saída em relação ao GND, o valor deverá estar em torno de 230 mV.

Observe os cálculos:

PROJETO: SENSOR DE TEMPERATURA + LED +BUZZER

• CIRCUITO ELETRÔNICO

1º Passo: Monte o circuito apresentado abaixo.

• CÓDIGO DO PROJETO

Observação: Como trabalharemos com um sensor analógico, usaremos o comando analogRead para realizar a leitura analógica do sensor (valor entre 0 e 1023).

1º Passo: Digite o código abaixo.

 2º Passo: Clique em Verify (versão em inglês) ou Verificar (versão em português).

3º Passo: Conecte o cabo USB do PC para a placa Arduino.

4º Passo: Clique em Upload (versão em inglês) ou Carregar (versão em português).