MCO018703 2018 1 AULA09
A plataforma Arduíno
(Extraído da apostila Curso de Arduíno, de Álvaro Justen e do curso Programação Básica em Arduíno, UFSC)
Arduino 1 é um projeto que engloba software e hardware e tem como objetivo fornecer uma plataforma fácil para prototipação de projetos interativos, utilizando um microcontrolador.
O projeto do Arduino teve início em 2005 na cidade de Ivrea, Itália.
O Arduino é composto por uma placa com microcontrolador Atmel AVR e um ambiente de programação baseado em Wiring e C++.
Tanto o hardware como o ambiente de programação do Arduino são livres, ou seja, qualquer pessoa pode modificá-los e reproduzi-los.
O Arduino também é conhecido como plataforma de computação física.
PLATAFORMAS DE COMPUTAÇÃO FÍSICA: são sistemas digitais ligados a sensores e atuadores, que permitem construir sistemas que percebam a realidade e respondem com ações físicas. O Arduíno é baseado em uma placa microcontrolada, com acessos de Entrada/Saída (I/O), que permite a criação de sistemas embarcados para aplicações industriais, comerciais, amadoras, profissionais, dos mais variados tipos.
Existem inúmeros modelos de Arduínos, como veremos na sequência, mas existem alguns mais populares, como o antigo Duemilanove (2009, em italiano) e o Uno, muito utilizado atualmente.
A principal diferença entre um Arduino e um computador convencional é que, além ter menor porte (tanto
no tamanho quanto no poder de processamento), o Arduino utiliza dispositivos diferentes para entrada e saída
em geral.
Por exemplo: em um PC utilizamos teclado e mouse como dispositivos de entrada e monitores e impressoras como dispositivos de saída; já em projetos com o Arduino os dispositivos de entrada e saída são circuitos elétricos/eletrônicos.
Como a interface do Arduino com outros dispositivos está mais perto do meio físico que a de um PC,
podemos ler dados de sensores (temperatura, luz, pressão etc.) e controlar outros circuitos (lâmpadas, motores,
eletrodomésticos etc.), dentre outras coisas que não conseguiríamos diretamente com um PC.
A grande diferença com relação ao uso desses dispositivos, no caso do Arduino, é que, na maior parte das vezes, nós mesmos construímos os circuitos que são utilizados, ou seja, não estamos limitados apenas a produtos existentes no mercado: o limite é dado por nosso conhecimento e criatividade! O melhor de tudo nesse projeto é que seu software, hardware e documentação so abertos. O software é livre (GNU GPL2), o hardware é totalmente aberto, especificado (basta entrar no site e baixar os esquemas) e a documentação está disponível em Creative Commons3, os usuários podem colaborar (seja escrevendo documentação, seja traduzindo) através da wiki!
Modelos de Arduíno
- Arduino UNO
- Arduino Leonardo
- Arduino Due
- Arduino Esplora
- Arduino Mega
- Arduino Mega ADK
- Arduino Ethernet
- Arduino Mini
- Arduino LilyPad
- Arduino Micro
- Arduino Nano
- Arduino ProMini
- Arduino Pro
- Arduino Fio
Quadro Comparativo
(arduino.org)
Arduino UNO:
Talvez o modelo mais popular atualmente seja o Uno:
- Microcontrolador: ATmega328
- Tensão de operação: 5V
- Tensão recomendada (entrada): 7-12V
- Limite da tensão de entrada: 6-20V
- Pinos digitais: 14 (seis pinos com saída PWM)
- Entrada analógica: 6 pinos
- Corrente contínua por pino de entrada e saída: 40 mA
- Corrente para o pino de 3.3 V: 50 mA
- Quantidade de memória FLASH: 32 KB (ATmega328) onde 0.5 KB usado para o bootloader
- Quantidade de memória SRAM: 2 KB (ATmega328)
- Quantidade de memória EEPROM: 1 KB (ATmega328)
- Velocidade de clock: 16 MHz
Alimentação
- O Arduino UNO pode ser alimentado pela porta USB ou por uma fonte externa DC.
- A recomendação é que a fonte externa seja de 7 V a 12 V e pode ser ligada diretamente no conector de fonte ou nos pinos Vin e Gnd.
Instalação do software
Para criar um projeto com o Arduino, basta comprar uma placa Arduino (utilizaremos o Arduino Uno, como exemplo) (que custa em torno de US$30 no exterior e por volta de R$100 no Brasil), fazer download da interface integrada de desenvolvimento (IDE) e ligar a placa à porta USB do PC.
Como qualquer computador/microcontrolador, o Arduino precisa de um software para executar comandos. Esse software será desenvolvido na Arduino IDE em nosso PC, utilizando a linguagem C/C++.
Após escrever o código, o compilaremos e então faremos o envio da versão compilada para a memória ‘’flash’’ do Arduino, através da porta USB.
A partir do momento que o software é gravado no Arduino não precisamos mais do PC: o Arduino conseguirá executar o software independentemente, modo ‘’standalone’’, desde que seja ligado a uma fonte de energia. Antes de iniciar nosso projeto precisamos então instalar a IDE.
O ambiente de desenvolvimento do Arduino (IDE) é gratuito e pode ser baixado no seguinte endereço: [Arduino.org/software#ide]
Vamos lá:
- Ubuntu GNU/Linux 10.10: Basta executar em um terminal:
- sudo aptitude install arduino
ou procurar pelo pacote \arduino no Synaptic (menu Sistema!Administração!Gerenciador de pacotes Synaptic).
- Ubuntu GNU/Linux (anterior a 10.10): Consulte a página de instalação do Arduino em Ubuntu.
- Outras distribuições GNU/Linux: Consulte a página de instalação em outras distribuições GNU/Linux.
- Microsoft Windows: Basta baixar o arquivo de instalação e clicar duas vezes no mesmo. Consulte a página de instalação para as variadas versões do Microsoft Windows.
- Apple Mac OS X: Consulte a página de instalação para o Mac OS X.
Após a instalação, abra a IDE. A seguinte tela será mostrada:
As seguintes configurações são necessárias:
Chamamos um código feito para Arduino de sketch e o salvamos em um arquivo com a extensão .pde.
Com nosso sketch pronto, bastará conectar o Arduino na porta USB e clicar no botão upload (segundo, da direita para a esquerda { destacado na figura acima).
Após o processo, será vista a mensagem Done uploading na IDE e então o sketch estará rodando no Arduino, ou seja, o LED acenderá e apagará, de 1 em 1 segundo. Vamos agora à explicação do processo:
IDE Arduino
Utiliza uma biblioteca de funções que simplifica a sua programação, por meio de uma sintaxe similar a das linguagens C e C++ (Wiring).
As principais funcionalidades do IDE do Arduino são:
- Escrever o código do programa
- Salvar o código do programa
- Compilar um programa
- Transportar o código compilado para a placa do Arduino (menu Upload)
- Permitir comunicação serial com o PC
Funções
As duas principais funções de um código Arduíno, isto é, de um programa desenvolvido para o Arduino são:
- setup(): onde devem ser definidas algumas configurações iniciais do programa. Executa uma única vez, no início.
- loop(): função principal do programa. Fica executando indefinidamente.
Todo programa para o Arduino deve ter estas duas funções!
Exemplo 1: acionando o led da placa (pino digital 13)
Começaremos com o exemplo clássico Blink, que já vem como exemplo, no aplicativo.
Para encontrar o exemplo clique em File ! Examples ! Digital ! Blink.
O programa tem como objetivo acender e apagar o LED de um em um segundo. Para compilar este exemplo não é necessário de nenhuma outra infraestrutura, ou hardware, que não o próprio Arduino.
Primeiramente, vamos criar uma variável chamada ledPin para endereçar o pino de saída, onde o LED da placa já está conectado (variável do tipo inteiro):
int ledPin = 13;
Assim quando nos referirmos à variável ledPin, estaremos nos referindo ao pino 13.
Este tipo de instrução não é obrigatória, mas é uma das boas práticas de programação e organização de código!
O seguinte passo é classificar o ledPin como pino de SAÍDA, porque os pinos são bidirecionais.
Isto é feito da seguinte maneira:
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
A função pinMode() tem como primeiro parâmetro o número do pino e como segundo parâmetro, se
ele é pino de entrada ou saída.
Agora começaremos a escrever o processamento.
O programa rodará em um loop eterno, pois não deverá haver interrupções (ocorrências ou interferências que mudem o estado).
Dentro do loop terá uma função que fará o LED ficar aceso por 1 segundo e depois apagado, por mais um segundo, e assim, sucessivamente.
Escreva da seguinte maneira:
void loop() {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(ledPin, LOW);
delay(1000);
}
A função delay(x) pára a execução do código durante x milissegundos (ms). Por isto temos que utilizar o argumento 1000, para setar os atrasos em 1 segundo (=1000 ms).
O código completo poderia ser:
A função digitalWrite() escreve uma informação digital (nível lógico), ou seja, 0 (LOW) ou 1 (HIGH) em uma das saídas digitais. Seu primeiro parâmetro é o pino de saída, que no caso é o ledPin (pino 13). O segundo parâmetro é o estado a ser atribuído ao pino, HIGH ou LOW.
Quando uma porta digital está em estado baixo (LOW), ela estará em 0V; já quando está em estado alto (HIGH), estará com 5 V.
Antes de fazer o upload do programa (carregar o código pra memória FLASH do Arduíno), primeiro deve-se escolher a porta USB em que o Arduino se encontra (conectado ao PC).
Para isso vá em Tools ! Serial Port ! porta, para setar onde porta é o nome da porta onde estão ligados o Arduino (/dev/ttyUSB*, no caso de GNU/Linux, COM* em Windows).
Para saber em qual porta o Arduino se encontra, faça por tentativa e erro, logo escolha um e tente rodar, caso não rode, é o outro.
Outro passo que deve-se fazer é escolher o modelo da placa, para isso vá em: Tools ! Board e o modelo da sua placa.
Agora sim para fazer o upload, clique em Upload, como mostra a figura abaixo:
Deve-se ressaltar que a IDE Arduino inclui automaticamente todas as bibliotecas que utilizamos.
Se você está acostumado com C/C++, note que não precisamos digitar as diretivas include para arquivos como o stdlib.h, por exemplo.
Tudo é feito de forma automática para facilitar o desenvolvimento do projeto!
Como o Arduino já vem com um LED internamente conectado á porta 13, não precisaremos de circuitos
externos para que esse projeto funcione, ou seja, bastará fazer upload daquele código e já teremos o resultado
esperado:
Exercícios:
- Altere o código para que o led da placa fique 2 segundos apagado e 3 segundos aceso.
- Altere o código para que o led da placa fique 1 segundo aceso, 2 segundos apagado, mais meio segundo aceso e 300 ms apagado.
- Porque a função delay() é necessária?
- Porque foi necessário utilizar-se o pino digital 13?
Outras funções
Digital I/O
pinMode() digitalWrite() digitalRead()
Analógico I/O
analogReference() analogRead() analogWrite() - PWM
Avançado I/O
tone() noTone() shiftOut() pulseIn()
Tempo
millis() micros() delay() delayMicroseconds()
Matemática
min() max() abs() constrain() map() pow() ***só do C/C++ sqrt() ***só do C/C++
Trigonométrica
sin() ***só do C/C++ cos() ***só do C/C++ tan() ***só do C/C++
Números aleatórios
randomSeed() random()
bits e Bytes
lowByte() highByte() bitRead() bitWrite() bitSet() bitClear() bit()
Interrupções externas
attachInterrupt() detachInterrupt()
Interrupções
interrupts() noInterrupts()
Comunicação Serial
Serial.
begin() read() write() print() println() e available()