Arduino MS
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Sobre este Minicurso
• Viabilizado pela Organização do ERI MS;
• Apoiado pelo grupo ArduinoMS;
• Agradecimentos especiais ao do SENAC e UCDB.
Sobre o Ministrante:
• Samuel Cavalcante
• Engenheiro de Computação (UNIDERP)- CREA-MS: 12873D
• Pós Graduado em Eng. De Sistemas (ESAB)
• Analista em Educação profissional no SENAC/MS
• Professor UNIDERP e UNAES II
• Pai, Esposo, Professor, Empresário, Consultor, participante de comunidades, conselheiro entre outros.
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O que veremos
• Introdução ao Arduino
• Código Pisca LED
• Configurando a IDE para transferir o Código
• Acionamento de LED com Botão
• Pisca Led com Sensor LDR
Obs.: Ao decorrer da oficina serão tratados assuntos sobre eletrônica e eletricidade básica.
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Microcontrolador X Microprocessadorr
• Qual a principal diferença entre eles?
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Introdução ao Arduino
• Plataforma baseada em Atmel da AVR (ATMega168; ATMega 328);
• Oferece um IDE e bibliotecas de programação de alto nível;
• Open-source hardware e software
• Ampla comunidade
• Programado em C/C++
• Transferência de firmware
via USB
• MCU com bootloader
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Histórico do Arduino
• Projeto criado na Itália pelo Mássimo Banzi no Interaction Design Institute Ivrea;
• Nasceu para complementar o aprendizado de programação, computação física e gráfica;
• Nasceu do Processing e Wiring;
– Processing é um ambiente e linguagem de programação para criar imagens, animação e interação;
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Simplicidade no circuito:
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Muitas aplicações práticas
• Robôs
• Roupas eletrônicas
• Máquinas de corte e modelagem 3D de baixo custo;
• Desenvolvimento de celulares customizados
• Instrumentos musicais
• Paredes interativas
• Instrumentação humana
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Vários tipos, vários fabricantes...
• Mega
• Lilypad
• Nano
• Uno
• Pro
• Arduino BT
• Freeduino
• Severino
• Program-ME
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Atmega168 / Atmega328: coração
• Características do ATmega 168:
• RISC –Reduced Instruction Set Computer
• 20 MIPS (20 Milhões de instruções por segundo)
• 16Kb Flash / 512 b EEPROM / 1Kb RAM Estática
• 10.000 ciclos na Flash e 100.000 na EEPROM
• 2 contadores / temporizadores de 8bits
• 1 contador / temporizador de 16bits
• 1 temporizador de tempo real com clock a parte
• 14 portas digitais
• 6 portas analógicas
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Características técnicas
• 6 canais PWM
• 6 conversores analógico/digital de 10 bits
• 1 serial programável (USART)
• 1 interface SPI (Serial Peripheral Interface)
• 1 interface serial a 2 fios (I2C)
• 1 watch dog timer programável
• 1 comparador analógico no chip
• Interrupção ou wake-up na alteração de estado dos pinos
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Resumo das conexões da placa
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Conector USB
Alimentação externa: Até 12 volts
Regular 7085: Recebe até 12 volts e regula para 5 volts
FT232RL Conversor USB-Serial
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ICSP Para gravar bootloader ou programas/firmware
AtMega328 /168/8
Botão de reset
Arduino MS Portas digitais 0 a 13 0 RX 1 TX = usada durante transferência de sketch e comunicação serial com placa 2,4,7,8,12,13 = portas digitais convêncionais 3,5,6,9,10,11 = portas PWM
GND AREF Referência analógica Padrão 5 volts
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Portas analógicas de 0 a 5 Podem funcionar como digitais de 14 a 19
VIN Alimentação de entrada sem regulagem
GND 5 volts
3.3 volts
Portas analógicas 4 e 5 São as portas utilizadas para conexões via I2C / TWI.
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Shields: arquitetura modular inteligente
• Arduino estabeleceu um padrão de pinagem que é respeitado por diversas placas shield:
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Por dentro do MCU
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Porta Digital Vs. Analógica
• Digital: trabalha com lógica binária, 0 e 1.
– No Arduino segue padrão TTL onde:
• 0 a 0,8 volts = 0
• 2 a 5 volts = 1
• Analógica: valor lido é análogo a tensão.
– Referência de analogia é 5 volts
• 0 volts = 0
• 2.5 volts= 512
• 5 volts = 1023
– Conversor A/D de 10 bits: 0 a 1023
• 00000000012 = 110 = 0,005v
• 00000000102 = 210 = 0,010v
• 00000000112 = 210 = 0,015v
• 10000000002 = 51210 = 2,50v
• ....
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Porta Digital Vs. Analógica
• Portas analógicas expressam valores de 0 a 1023 mas não são utilizadas para transferência de informações precisas
– Neste caso o dispositivo recebe um valor analógico de 0v à 5v, que será convertido em um número binário de 10 bits. Cada bits somado ao circuito equivale a 0,005v.
• Portas digitais permitem que dados sejam transferidos em sequencia através de uma lógica ou protocolo binário
– Portas digitais não conseguem comandar potência
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Porta PWM
• Uma porta híbrida: digital porém com modularização de zeros e uns de forma que consegue expressar uma idéia de potência;
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Na prática
• Ligamos componentes em portas digitais (comuns, PWM) ou analógica
• Fazemos leitura e escrita nestas portas afim de obter um dado ou um determinado comportamento
• Processamos os dados no microcontrolador
Alguns exemplos de componentes...
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Ping – Sensor de distância ultrasonico
Arduino MS LCD Touch
Shield LCD Touch screen
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SIM Reader
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Lojas de componentes • www.parallax.com
• www.sparkfun.com
• www.makershed.com
• www.liquidware.com
• www.ladyada.net
• www.adafruit.com
• www.rlrobotics.ind.br/ - BRASIL
• www.empretecnet.com.br/do/Home - BRASIL
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Programando para Arduino
• IDE pode ser baixada de www.arduino.cc
• A IDE foi desenvolvida com Java, portanto precisaremos de um máquina virtual instalada.
• Funciona em Windows. Mac OS X e Linux (em alguns windows e mac pode ser necessário colocar driver)
• Utiliza GCC + GCC Avr para compilação
(você pode também programar diretamente com GCC!)
• A transferência para a placa é feita via USB pelo IDE;
(mas também pode ser feita com gravadores ICSP!)
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Partes básicas do programa Arduino
• Temos que obrigatoriamente programar dois métodos:
void setup() {
}
void loop() {
}
• O setup é executado uma só vez assim que a placa for ligada e o loop terá o código de execução infinita
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Portas digitais e analógicas
• Na prática ligamos componentes em portas digitais e analógicas e através do código Arduino, manipulamos as portas:
– pinMode(<porta>, <modo>): configura uma porta digital para ser lida ou para enviarmos dados;
– digitalWrite(<porta>, 0 ou 1): envia 0 ou 1 para porta digital
– digitalRead(<porta>): retorna um 0 ou 1 lido da porta
– analogRead(<porta>): retorna de 0 a 1023 com o valor da porta analógica
– analogWrite(<porta>, <valor>): escreve em uma porta PWM um valor de 0 a 255
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Protoboard ou Matriz de contato
É um dispositivo usado para construir circuitos sem a necessidade de solda. Na parte central de todos os pinos alinhados sob um número estiver conectado, enquanto os nas bordas superior e inferior - normalmente marcado com linhas pretas e vermelhas - são conectados na horizontal.
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Primeiro contato com Arduino
• Ligar sua placa no cabo USB e no PC
• Realizar a instalação do Driver com a ajuda do facilitador
• Verificar o jumper de alimentação configurando para USB se necessário
• Digitar o código, a ser passado, no Arduino IDE
• Selecionar no software a versão do Arduino e a porta serial de comunicação.
• Clicar no botão de transferência de sketch
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Exemplo “pisca led” com Arduino
Esta conexão é bem simples somente para efeito de teste para piscar o led. O correto é ligar um resistor usando uma protoboard.
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Exemplo “pisca led”
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT); //porta 13 em output
}
void loop() {
digitalWrite(13, HIGH); //HIGH = 1 = TRUE
delay(500);
digitalWrite(13, LOW); //LOW = 0 = FALSE
delay(500);
}
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Configurando a IDE para transferir o Código
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Configurando a IDE para transferir o Código
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Procurando erros no código
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Fazendo o Upload do Código para o Arduino
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Entrada Digital: Fazendo leitura de um botão
• Os pinos do Arduino são extremamente sensíveis, permitindo a leitura de ruído elétrico do ambiente. O próximo teste utilizaremos o pino 7 como leitura de dados externos, como é uma porta digital será lido HIGH ou LOW (1 ou 0). Essa leitura é realizada pelo comando digitalRead(port).
• Conecte três fios à placa Arduino. O primeiro de uma perna do botão através de um resistor de pull-up (aqui 10K Ω) para o fornecimento de 5 volts. A segunda vai da perna correspondente do botão ao GND. O terceiro se conecta a um pino digital I/O (pino 7) que lê o estado do botão.
Arduino MS Montando o Circuito
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Código Aciona LED com botão
int val = 0; // variável para ler o status do pino void setup() { pinMode(13, OUTPUT); // declare LED como output pinMode(7, INPUT); // declare pushbutton como input } void loop(){ val = digitalRead(7); // ler a entrada de valor if (val == HIGH) {// verificar se a entrada é alta digitalWrite(13, LOW); // LED OFF } else { digitalWrite(13, HIGH); // LED ON } }
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Tempo entre acende e apaga LED usando sensor LDR
• Use o mesmo circuito como antes, mudando o botão com o sensor de luz e trocando a ligação do pino digital 7 para o pino analógico 2.
• A função permite enviar um valor numérico para o computador. Variando números digitais no intervalo de 0-1024 (resolução de 1 Bit).
• Nesta função usamos a comunicação serial, com isso abra o monitor serial para ler dados do sensor. – Após o código ser copiado no Arduino.
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Montando o Circuito
Arduino MS Código
int val = 0; // variável para armazenar o valor vindo do sensor void setup() { pinMode(13, OUTPUT); // declara o ledPin como uma saída Serial.begin(9600); // usar a porta serial para comunicação } void loop() { val = analogRead(2); // lê o valor do sensor Serial.println(val); // imprime o valor para a porta serial digitalWrite(13, HIGH); // ligar o LED delay(val); // parar o programa por algum tempo
digitalWrite(13, LOW); // desligar o LED delay(val); // tempo antes do proximo ciclo }
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Vetor de LEDs
• Monte na matriz de contato 5 leds, cada perna maior do LED (VCC) será ligada a uma perna do resistor, a outra perna do resistor será ligada em cada um dos seguinte pinos Digital, 12, 11, 10, 9 e 8. A perna menor dos LEDs, no GND (0v).
• A atividade é fazer esses LEDs acenderem em sequencia, acendendo um LED de cada vez, com intervalos de 50 milisegundos por led, após todos acessos aguardar 1000 milisegundos e começar a apagar os leds, com o mesmo intervalor de tempo.
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Vetor de LEDs – Montando o circuito
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Vetor de LEDs Código
int i;
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT);
pinMode(12, OUTPUT);
pinMode(11, OUTPUT);
pinMode(10, OUTPUT);
pinMode(9, OUTPUT);
}
void loop() {
for(i=13;i>=8;i--){
digitalWrite(i, HIGH);
delay(50);
}
delay(1000);
for(i=8;i<=13;i++){
digitalWrite(i, LOW);
delay(50);
}
delay(1000);
}
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Vetor de LEDs com potenciômetro
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Vetor de LEDs com potenciômetro
int i, port, potenc;
float tensao=0;
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT);
pinMode(12, OUTPUT);
pinMode(11, OUTPUT);
pinMode(10, OUTPUT);
pinMode(9, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
potenc=analogRead(2);
port=13;
for(i=1;i<=5;i++){
if(potenc>((i*2-1)*100)){
digitalWrite(port, HIGH);
}else{
digitalWrite(port, LOW);
}
port--;
}
Serial.print("Valor decimal = ");
Serial.print(potenc);
tensao=potenc*0.004883;
Serial.print(" - Tensao = ");
Serial.print(tensao);
Serial.println(" V");
delay(500);
}
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Motor de Passo com controle de velocidade
Arduino MS P1 - Código - Motor de Passo com controle de velocidade
// Motor de passo Controlado por botão
/* - Declarando cariaveis globais - */
int motorPin1 = 8;
int motorPin2 = 9;
int motorPin3 = 10;
int motorPin4 = 11;
int botaoMotorD = 2; //motor direita
int botaoMotorE = 3; //motor esquerda
int botaoVelocA = 4;
int botaoVelocD = 5;
int delayTime = 200;
int movimentoMotorA[] = {1,0,0,0};
int movimentoMotor[] = {0,0,0,0};
/* Configuracao dos pinos*/
void setup() {
pinMode(motorPin1, OUTPUT);
pinMode(motorPin2, OUTPUT);
pinMode(motorPin3, OUTPUT);
pinMode(motorPin4, OUTPUT);
pinMode(botaoMotorD, INPUT);
pinMode(botaoMotorE, INPUT);
pinMode(botaoVelocA, INPUT);
pinMode(botaoVelocD, INPUT);
Serial.begin(9600);
botaoEsquerda();
}
void loop() {
int i, motorD, motorE, velocA, velocD;
motorD = digitalRead(botaoMotorD); //le o valor do pino2
motorE = digitalRead(botaoMotorE); //le o valor do pino3
velocA = digitalRead(botaoVelocA); //le o valor do pino4
velocD = digitalRead(botaoVelocD); //le o valor do pino5
if (motorD==HIGH){
botaoDireita();
Serial.println(" - rotaciona - Direita");
}
if (motorE==HIGH){
botaoEsquerda();
Serial.println(" - rotaciona - Esquerda");
//Teste para rotaciona por vetor automático
}
Arduino MS P2 - Código - Motor de Passo com controle de velocidade if (velocA==HIGH){
if(delayTime<500)
delayTime=delayTime+50;
Serial.print("O time esta em: ");
Serial.println(delayTime);
}
if (velocD==HIGH){
if(delayTime>50)
delayTime=delayTime-50;
Serial.print("O time esta em: ");
Serial.println(delayTime);
}
delay(delayTime);
}
//-- Rotaciona motor para a Direita
void botaoDireita(){
int k;
for (k=0;k<4;k++){
if(k<3)
movimentoMotor[k+1] = movimentoMotorA[k];
else
movimentoMotor[0] = movimentoMotorA[k];
}
for (k=0;k<4;k++){
movimentoMotorA[k] = movimentoMotor[k];
digitalWrite(k+8, movimentoMotor[k]);
Serial.print(movimentoMotor[k]);
}
}
//-- Rotaciona motor para a esquerda
void botaoEsquerda(){
int k;
for (k=0;k<4;k++){
if(k>0)
movimentoMotor[k-1] = movimentoMotorA[k];
else
movimentoMotor[3] = movimentoMotorA[k];
}
//Transcreve o vetor para o Vertor de Apoio. imprime o resultado.
for (k=0;k<4;k++){
movimentoMotorA[k] = movimentoMotor[k];
digitalWrite(k+8, movimentoMotor[k]);
Serial.print(movimentoMotor[k]);
}
}
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Resumindo...
• Arduino é um projeto simples, popular e acessível
• Eletrônica e programação embarcada alto nível
• Na prática ligamos componentes nas portas analógicas e digitais e escrevemos programas que usam as portas
• Existem diversas bibliotecas que encapsulam a lógica de comunicação digital ou analógica: servo, motor de passo, Android, display LCD
• Ter portas digitais analógicas e pmw é um grande valor do microcontrolador utilizado
• A transfêrencia via USB e a ferramenta / IDE para programação funcionam em múltiplas plataformas
• Open-source Hardware e Open-source software
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É isso ai pessoal, agora é só queimar alguns componentes.
Contatos:
• Twitter: @samuelmbc
• Sites:
– www.samuelcavalcante.com (blog Pessoal)
– www.ms.senac.br (onde trabalho)
– www.e-camisa.com (sócio)