Scaling Up Inclusion: Robotics, a STEM focused Project. Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel

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1 Scaling Up Inclusion: Robotics, a STEM focused Project Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel Alberto Brochado, Eugénio Oliveira, Fernando Coelho

2 05 Sensores Ultra som O Sensor ultrassónico HC SR04 é capaz de medir distâncias de 2cm a 4m com ótima precisão e baixo preço. Este módulo possui um circuito pronto com emissor e recetor acoplados e 4 pinos (VCC, Trigger, ECHO, GND) para medição. A operação é simples, envia um sinal ultrassónico inaudível.

3 05 Sensores temperatura/humidade DHT11 O DHT11 é um sensor de temperatura e humidade que permite fazer leituras de temperaturas entre 0º a 50º Celsius e humidade entre 20 a 90%.

4 Funções em C Esta função permite escrever dados na porta serial. Os dados são enviados como um byte os série de bytes. Sintaxe da função: Serial.write(val) Serial.write(str) Parâmetros: val é o valor a enviar com simples byte str é o valor a enviar como série de bytes

5 Funções em C Esta função permite verificar se existe dados no buffer de dados. Se sim a função devolve 1. Se não existirem dados no buffer a função devolve 0. Sintaxe da função: Serial.available() Serial.write(str)

6 Exercícios Práticos Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel Alberto Brochado, Eugénio Oliveira, Fernando Coelho

7 1º Exercício Utilizando um sensor de ultrassom HC SR04, simular um sensor de obstáculo, utilizando 3 led s para indicar a distância do obstáculo. Sensor de Distância Ultrassom HC SR04 Estes módulos possuem quatro pinos Capaz de detetar objetos entre 2 cm e 4 metros de distância Dois pinos são utilizados para alimentar o sensor, um deles é utilizado para disparar o sinal ultrassônico e o outro para medir o tempo que ele leva para retornar ao sensor. Biblioteca: Ultrasonic.h Utilização: Ultrasonic ultrasonic(pint,pine) Esta função devolve: ultrasonic.timing ultrasonic.convert VCC : Alimentação do módulo com +5 V. Trig : Gatilho para disparar o pulso ultrassônico. Para disparar coloque o pino é HIGH durante pelo menos 10us. Echo : Gera um pulso com a duração de tempo necessária para o eco do pulso ser recebido pelo sensor. Gnd : Terra.

8 1º Exercício //Incluindo biblioteca Ultrasonic.h #include "Ultrasonic.h" Utilizando um sensor de ultrassom HC SR04, simular um sensor de obstáculo, utilizando 3 led s para indicar a distância do obstáculo. //criando objeto ultrasonic e definindo as portas digitais do Trigger 6 e Echo 7 Ultrasonic ultrasonic(6,7); //Declaração das constantes referentes aos pinos digitais. const int ledverde = 13; const int ledamarelo = 12; const int ledvermelho = 11; long microsec = 0; float distanciacm = 0; void setup() { Serial.begin(9600); //Inicializando o serial monitor //Definindo pinos digitais pinmode(ledverde,output); //13 como de saída. pinmode(ledamarelo,output); //12 como de saída. pinmode(ledvermelho,output); //11 como de saída... uma breadboard; um sensor HC SRO4; A biblioteca do sensor HC SRO4; fios jumper; três leds de cores diferentes; três resistências de 220 ohms.

9 1º Exercício. void loop() { microsec = ultrasonic.timing(); //Lendo o sensor Utilizando um sensor de ultrassom HC SR04, simular um sensor de obstáculo, utilizando 3 led s para indicar a distância do obstáculo. uma breadboard; um sensor HC SRO4; A biblioteca do sensor HC SRO4; fios jumper; três leds de cores diferentes; três resistências de 220 ohms. //Convertendo a distância em CM distanciacm = ultrasonic.convert(microsec, Ultrasonic::CM); leddistancia(); Serial.print(distanciaCM); Serial.println(" cm"); delay(1000); //Método que centraliza o controle de acendimento dos leds. void leddistancia() { //Apagando todos os leds digitalwrite(ledverde,low); digitalwrite(ledamarelo,low); digitalwrite(ledvermelho,low);.. //Acendendo o led adequado para a distância lida no sensor if (distanciacm > 20) { digitalwrite(ledverde,high); if (distanciacm <=20 and distanciacm >= 10) { digitalwrite(ledamarelo,high); if (distanciacm < 10) { digitalwrite(ledvermelho,high);

10 2º Exercício Utilizando um sensor de temperatura/humidade DHT11, para simular uma estação meteorológica e mostrar os resultados no monitor serial. Resistência 10K pullup Signal Vcc (+) Ground ( ) Biblioteca: dht.h VCC(+) Signal Não utilizado Ground ( ) Sensores DHTxx (xx = ) Estes sensores possuem geralmente, s pinos, GND, +5V e uma única linha de dados. Usa a libraria dht.h, que possui 6 funções básicamente idênticas: read(pin), read11(pin), readxx(pin) Utilização: DHT.read11(DHT11_PIN); ou DHT.read11(5); Esta função devolve: DHTLIB_OK (0) : se o sensor e o checksum está OK. DHTLIB_ERROR_CHECKSUM ( 1) : se o checksum test falhou. DHTLIB_ERROR_TIMEOUT ( 2) : se ocorreu um timeout, communicação falhou. DHT.humidity DHT.temperature Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel

11 2º Exercício #include <dht.h> dht DHT; #define DHT11_PIN 5 void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println("DHT PROGRAMA TESTE ); Serial.print( Formação STEM com Robótica ); Serial.println(); Serial.println("Tipo,\tstatus,\tHumidade (%),\ttemperatura (C)"); void loop() { // Leitura de dados Serial.print("DHT11, \t"); int chk = DHT.read11(DHT11_PIN); switch (chk) { case DHTLIB_OK: Serial.print("OK,\t"); break; Utilizando um sensor de temperatura/humidade DHT11, para simular uma estação meteorológica e mostrar os resultados no monitor serial. case DHTLIB_ERROR_CHECKSUM: Serial.print("Checksum error,\t"); break; case DHTLIB_ERROR_TIMEOUT: Serial.print("Time out error,\t"); break; case DHTLIB_ERROR_CONNECT: Serial.print("Connect error,\t"); break; default: Serial.print("Unknown error,\t"); break; // Visualizar dados Serial.print(DHT.humidity, 1); Serial.print(",\t"); Serial.println(DHT.temperature, 1); delay(2000);

12 3º Exercício Utilizando um sensor de nível de água, simular um alarme de deteção de inundações e mostrar os resultados no monitor serial. const int analoginpin = A0; // Analog input pin const int analogoutpin = 9; // Analog output pin int sensorvalue = 0; // value read from the sensor int outputvalue = 0; // value output to the analog output void setup() { Serial.begin(9600); // initialize serial communications at 9600 bps 3 pinos: Sinal VCC GND Utilizar o programa existente nos exemplos, denominado: analoginoutserial Vai permitir ler dados analógicos numa porta analógica (A1) compreendidos entre 0 e 1023 e converter para uma gama de 0 até 255, utilizando a função map() void loop() { sensorvalue = analogread(analoginpin); // read the analog in value outputvalue = map(sensorvalue, 0, 1023, 0, 255); // map it to the range of the analog out: analogwrite(analogoutpin, outputvalue); // change the analog out value Serial.print("sensor = "); // print the results to the Serial Monitor Serial.print(sensorValue); Serial.print("\t output = "); Serial.println(outputValue); // wait 2 milliseconds before the next loop for the analog to digital delay(2);

13 4º Exercício Utilizando um potenciômetro para controlar o brilho de um LED efeito fade in / fade out e mostrar os resultados no monitor serial const int analoginpin = A0; // Analog input pin const int analogoutpin = 9; // Analog output pin int sensorvalue = 0; // value read from the sensor int outputvalue = 0; // value output to the analog output void setup() { Serial.begin(9600); // initialize serial communications at 9600 bps 3 pinos: Sinal VCC GND Utilizar o programa existente nos exemplos, denominado: analoginoutserial Vai permitir ler dados analógicos numa porta analógica (A1) compreendidos entre 0 e 1023 e converter para uma gama de 0 até 255, utilizando a função map() void loop() { sensorvalue = analogread(analoginpin); // read the analog in value outputvalue = map(sensorvalue, 0, 1023, 0, 255); analogwrite(analogoutpin, outputvalue); // change the analog out value Serial.print("sensor = "); // print the results to the Serial Monitor Serial.print(sensorValue); Serial.print("\t output = "); Serial.println(outputValue); // wait 2 milliseconds before the next loop for the analog to digital delay(2);

14 Conceito de PWM Pulse With Modulation (Modulação por largura de pulso) Um dispositivo digital como um microcontrolador trabalha com entradas e saídas que possuem apenas dois estados: ligado ou desligado. Assim, podemos facilmente usá lo para controlar o estado de um LED por exemplo ligando ou desligando o. No entanto, às vezes precisamos de mais do que apenas ligar e desligar, por exemplo para controlar o estado ou intensidade de brilho do LED, ou velocidade de um motor, por exemplo. Para contornar esta situação, foi desenvolvida a técnica denominada PWM ou Pulse Width Modulation. O PWM nada mais é do que uma maneira de codificar digitalmente níveis de sinal analógico. Nesta técnica, através do uso de contadores de alta resolução, o ciclo de trabalho de uma onda quadrada é modulado para codificar um nível de sinal analógico específico para que ele atenda aos requisitos de uma aplicação desejada.

15 Conceito de PWM Pulse With Modulation (Modulação por largura de pulso) A Figura seguinte mostra três sinais PWM diferentes sendo que a primeira (a) mostra uma saída PWM com um ciclo de trabalho de 10%. Ou seja, o sinal está ligado para 10% do período e desligado nos outros 90%. As Figuras b e c mostram as saídas PWM com ciclos de trabalho de 50% e 90%, respectivamente. Estas três saídas PWM codificam três valores diferentes de sinal analógico, a 10%, 50% e 90% da energia de entrada. Se, por exemplo, a alimentação for 9V e o ciclo de trabalho for 10%, teremos um sinal analógico 0.9V.

16 Conceito de PWM Pulse With Modulation (Modulação por largura de pulso) Exemplo: uma bateria de 9V alimenta um diodo emisor de luz (LED) e se fecharmos o interruptor que liga a bateria no LED durante 50ms, o LED recebe 9V durante esse intervalo. Por outro lado, se abrimos o interruptor para os próximos 50ms, o LED recebe 0V. Se repetirmos este ciclo 10 vezes por segundo, o LED ficará aceso como se estivesse ligado a uma bateria de 4.5V (50% de 9V). Dizemos que o ciclo de trabalho é de 50% e a frequência de modulação é de 10Hz. interruptor led bateria