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 04 Plataforma Arduino estrutura do sketch As duas principais partes (funções) de um programa desenvolvido para o Arduino são: setup(): onde devem ser definidas algumas configurações iniciais do programa. É executado uma única vez. loop(): função principal do programa. Fica a executar indefinidamente. Todos os programas para o Arduino devem ter estas duas funções.

3 05 Plataforma Arduino Monitor Serial O monitor serial é utilizado para comunicação entre o Arduino e o computador. O monitor serial pode ser aberto no menu ferramentas opção serial monitor, ou pressionando as teclas CTRL + SHIFT + M. As principais funções do monitor serial são: begin(); read(); write(); print(); println(); available().

4 06 Programação Algoritmo > Sequência de passos que visa atingir um objetivo bem definido.

5 06 Programação Arduino Language Reference > Um programa em arduino pode ser dividido em 3 partes principais: Estrutura/Valores (variáveis e constantes)/funções.

6 06 Programação Constantes Passo 1 Constantes Um dado é constante quando não sofre nenhuma variação no decorrer do tempo. Do início ao fim do programa o valor permanece inalterado. Exemplos: 10 Bata antes de entrar! 0,58 Passo 2 Passo 3 A criação de constantes no Arduino pode ser feita de duas maneiras: Usando a palavra reservada const Exemplo: const int x = 100; Usando a palavra reservada define Exemplo: #define X 100

7 06 Programação Constantes Passo 2 Passo 1 Passo 3 No Arduino existem algumas constantes previamente definidas e são consideradas palavras reservadas. As constantes definidas são: true indica valor lógico verdadeiro; false indica valor lógico falso; HIGH indica que uma porta está ativada, ou seja, está em 5V. LOW indica que uma porta está desativada, ou seja, está em 0V. INPUT indica que uma porta será de entrada de dados. OUTPUT indica que uma porta será de saída de dados.

8 06 Programação Variáveis Passo 1 Variáveis são lugares (posições) na memória principal que servem para armazenar dados. Passo 2 As variáveis são acedidas através de um identificador único. Passo 3 O conteúdo de uma variável pode variar ao longo do tempo durante a execução de um programa.

9 06 Programação Variáveis Passo 1 Uma variável só pode armazenar um valor a cada instante. Passo 2 Um identificador para uma variável é formado por um ou mais carateres, obedecendo a seguinte regra: o primeiro caratere deve, obrigatoriamente, ser uma letra. Passo 3

10 06 Programação Constantes e variáveis Um identificador de uma variável ou constante não pode ser formado por carateres especiais ou palavras reservadas da linguagem.

11 Tipo void boolean 06 Definição Programação Constantes e variáveis Indica tipo indefinido. Usado geralmente para informar que uma função não retorna nenhum valor. Os valores possíveis são true (1) e false (0). Ocupa um byte de memória. char Ocupa um byte de memória. Pode ser uma letra ou um número. A faixa de valores válidos é de 128 a 127. unsigned char O mesmo que o char, porém a faixa de valores válidos é de 0 a 255. byte Ocupa 8 bits de memória. A faixa de valores é de 0 a 255. int Armazena números inteiros e ocupa 16 bits de memória (2bytes). A faixa de valores é de a unsigned int O mesmo que o int, porém a faixa de valores válidos é de 0 a 65,535. word O mesmo que um unsigned int.

12 Tipo 06 Programação Constantes e variáveis Definição long Armazena números de até 32 bits (4 bytes). A faixa de valores é de até unsigned long O mesmo que o long, porém a faixa de valores é de 0 até short float double Armazena número de até 16 bits (2 bytes). A faixa de valores é de até Armazena valores de ponto flutuante (com vírgula) e ocupa 32 bits (4 bytes) de memória. A faixa de valores é de E+38 até E+38 O mesmo que o float.

13 06 Programação Operadores Passo 1 Existem vários operadores que permitem operações do tipo: Passo 2 Passo 3 Operadores Aritmética; Relacional; Lógica; Composta;

14 06 Programação Operadores aritméticos Símbolo Definição Adição + Subtração Multiplicação * Divisão / Módulo (resto da divisão inteira) %

15 Símbolo 06 Programação Operadores relacionais Definição > Maior < Menor >= Maior ou igual <= Menor ou igual == Igual!= Diferente

16 Símbolo && 06 Programação Operadores lógicos Definição E (and) OU (or)! Não (not)

17 Símbolo 06 Programação Operadores compostos Definição ++ Incremento Decremento += Adição com atribuição = Subtração com atribuição *= Multiplicação com atribuição /= Divisão com atribuição

18 06 Programação Comentários Muitas vezes é importante comentar alguma parte do código do programa. Existem duas maneiras de adicionar comentários a um programa em Arduino. A primeira é usando //, // Este é um comentário de linha A segunda é usando /* */, /* Este é um comentário de bloco. Permite acrescentar comentários com mais de uma linha */ Nota: Quando o programa é compilado os comentários são automaticamente suprimidos do ficheiro executável, aquele que será gravado na placa do Arduino.

19 06 Programação Condicionais Um comando de seleção simples avalia uma condição, ou expressão, para executar uma ação ou conjunto de ações. No Arduino o comando de seleção simples é: if (expr) { cmd onde: expr representa uma expressão a ser avaliada que pode ser do tipo lógica, relacional ou aritmética. O resultado da avaliação de uma expressão é sempre um valor lógico. cmd comando(s) a ser executado.

20 06 Programação Condicionais Exemplos de como podemos usar o condicional IF if (x > 120) digitalwrite(ledpin, HIGH); if (x > 120) digitalwrite(ledpin, HIGH); if (x > 120) { digitalwrite(ledpin, HIGH); if (x > 120) { digitalwrite(ledpin1, HIGH); digitalwrite(ledpin2, HIGH); // todas estas variantes estão corretas

21 Funções em C Esta função abre a porta serial com um velocidade definida. Sintaxe da função: Serial.begin(speed) Serial.begin(speed,config) Parâmetros: speed é o numero de bits por segundo (long) config define os dados, a paridade e bits para terminar. Os valores válidos são: SERIAL_5N1; SERIAL_6N1; SERIAL_7N1; SERIAL_8N1 (predefinido); SERIAL_5N2; SERIAL_6N2; SERIAL_7N2; SERIAL_8N2; SERIAL_5E1; SERIAL_6E1; SERIAL_7E1; SERIAL_8E1; SERIAL_5E2; SERIAL_6E2; SERIAL_7E2; SERIAL_8E2; SERIAL_5O1; SERIAL_6O1; SERIAL_7O1; SERIAL_8O1; SERIAL_5O2; SERIAL_6O2; SERIAL_7O2; SERIAL_8O2

22 Funções em C Esta função mostra os dados na porta serial como texto ASCII legível. Este comando assume as mesmas formas que serial.print(). Sintaxe da função: Serial.println(val) Serial.println(val,format) Parâmetros: val é o valor a ser mostrado. Qualquer tipo de dado. format especifica a base do número (para tipos de dados integrados) ou o número de casas decimais (para tipos de ponto flutuante).

23 Funções em C Esta função permite configurar um pino específico para se comportar como um pino de entrada ou de saída. Por padrão, os pinos do Arduino tem a função de entrada, de modo que não é necessário declarálos neste caso. Já os pinos de saída devem ser configurados por meio desta função. Sintaxe da função: pinmode(pino, modo) Parâmetros: pino é o número do pino que queremos configurar. modo pode ser: INPUT (entrada), OUTPUT (saída), ou ainda INPUT_PULLUP. O parâmetro INPUT_PULLUP permite habilitar os resistores de pullup, os quais são desabilitados quando é usado o modo INPUT. A função pinmode() não retorna nenhum valor ao programa.

24 Funções em C Esta função escreve um valor HIGH (alto) ou LOW (baixo) num pino digital que tenha sido configurado como OUTPUT (saída). O valor HIGH equivale a uma tensão de 5V (ou 3,3V em algumas placas), e o valor LOW, a uma tensão elétrica de 0V. Os pinos analógicos também podem ser utilizados como pinos digitais, sendo referenciados com pinos A0, A1, etc. Sintaxe da função: digitalwrite(pino,valor) Parâmetros: pino é o número do pino cujo valor precisamos ler. valor: HIGH ou LOW

25 Funções em C Esta função permite ler o valor a partir de um pino digital especificado, sendo os valores possíveis HIGH ou LOW. Sintaxe da função: digitalread(pino) Parâmetros: pino é o número do pino cujo valor precisamos ler. Esta função retorna um valor para o programa, alto (HIGH) ou baixo (LOW).

26 Funções em C Pausar o programa pela quantidade de tempo (em milissegundos) especificado como parâmetro. Sintaxe da função: delay(val) Parâmetros: val é o o número de milissegundos para pausar, val = 1000 = 1 segundo

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

28 1º Exercício Escreva um novo programa(sketch) que permite enviar a mensagem HELLO para o serial monitor. void setup() { // initialize serial communication at 9600 bits per second: Serial.begin(9600); Serial.println("HELLO STEM"); void loop() { Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel void setup() { // initialize serial communication at 9600 bits per second: Serial.begin(9600); Serial.println("Curso de STEM com Robotica"); void loop() { Serial.println("Hello"); delay(1000);

29 2º Exercício Escreva um novo programa(sketch) que permita ligar o LED interno da placa arduino. Deverá criar variantes onde o LED permanece aceso 2 segundos e apagado 0,5 segundos e vice versa. /* Turns an LED on for one second, then off for one second, repeatedly. */ void setup() { // inicialização do pino digital LED_BUILTIN para o modo output. pinmode(led_builtin, OUTPUT); // A função loop é executada sem fim void loop() { digitalwrite(led_builtin, HIGH); // liga o LED colocando a voltagem em HIGH delay(1000); // espera 1 segundo digitalwrite(led_builtin, LOW); // desliga o LED colocando a voltagem em LOW delay(1000); // espera um segundo Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel

30 3º Exercício Escreva um novo programa(sketch) que permita ligar um LED diretamente ligado aos pins do arduino. Poderá criar variantes em que o LED pisca a intervalos irregulares. Seria aconselhável usar uma resistência de 220 ohms // Definição de variáveis. int ledpin = 13; // define o pino onde será ligado o LED. int Tempo = 1000; // define o tempo em que o LED permenecerá aceso/apagado. // Esta parte do programa executa uma vez só, na inicialização do Arduino. void setup() { // inicializar o pino digital que tem o LED conectado no Arduino, como saída. pinmode(ledpin, OUTPUT); Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel // Esta parte do programa executa repetidamente. void loop() { digitalwrite(ledpin, HIGH); // coloca o LED on (ligado) delay(tempo); // espera por um tempo digitalwrite(ledpin, LOW); // coloca o LED off (desligado) delay(tempo); // espera por um tempo

31 4º Exercício Escreva um novo programa(sketch) que permita ligar 2 LEDs alternadamente. // Definição de variáveis. int ledpin1 = 13; // define o pino onde será ligado o LED. int ledpin2 = 12; // define o pino onde será ligado o LED. int Tempo = 1000; // define o tempo em que o LED permenecerá aceso/apagado. void setup() { // inicializar os pinos que têm os LEDs conectados como saída. pinmode(ledpin1, OUTPUT); pinmode(ledpin2, OUTPUT); Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel void loop() { digitalwrite(ledpin1, HIGH); // coloca o LED1 on (ligado) digitalwrite(ledpin2, LOW) // coloca o LED2 off (desligado) delay(tempo); // espera por um tempo digitalwrite(ledpin2, HIGH); // coloca o LED1 on (ligado) digitalwrite(ledpin1, LOW) // coloca o LED1 off (desligado) delay(tempo); // espera por um tempo

32 5º Exercício Escreva um novo programa(sketch) que permita ligar 1 LED apenas quando o butão (pushbutton) for premido. Não esquecer as resistências // Definição de variáveis. int LedPin = 11; int PinButton = 2; void setup(){ // inicializar os pinos pinmode(ledpin,output); pinmode(pinbutton,input_pullup); void loop() { if(digitalread(pinbutton) == HIGH) { digitalwrite(ledpin,high); else { digitalwrite(ledpin,low); Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel

33 6º Exercício Escreva um novo programa(sketch) que permita ligar ou desligar 1 LED utilizando um butão (pushbutton). int ledpin = 11; int buttonpin = 2; int buttonstate = LOW; //Estado do botão int oldbuttonstate = LOW; int ledstate=low; Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel void setup() { pinmode(ledpin, OUTPUT); pinmode(buttonpin, INPUT_PULLUP); //Resitor pull up interno void loop(){ buttonstate = digitalread(buttonpin); if ( (buttonstate == HIGH) && (oldbuttonstate == LOW)) { if (ledstate==high) { ledstate=low; else{ ledstate=high; digitalwrite(ledpin, ledstate); oldbuttonstate=buttonstate;

34 6º Exercício Escreva um novo programa(sketch) que permita simular o funcionamento de 2 semáforos numa avenida. Necessitará de 2 LED s vermelhos/amarelos/verdes. /* Projeto Arduino 2 sinais de trânsito sincronizados */ void setup() { pinmode(5,output); pinmode(6,output); pinmode(7,output); pinmode(8,output); pinmode(9,output); pinmode(10,output); void loop() { digitalwrite(5,low); //apaga o led vermelho (sinal 1) digitalwrite(7,high); //acende o led verde (sinal 1) digitalwrite(8,high); //acende o led vermelho (sinal 2) delay(4000); //espera 4 segundos digitalwrite(7,low); //apaga o led verde (sinal 1) digitalwrite(6,high); //acende o led amarelo (sinal 1) delay(2000); //espera 2 segundos.... digitalwrite(6,low); //apaga o led amarelo (sinal 1) digitalwrite(5,high); //acende o led vermelho (sinal 1) digitalwrite(8,low); //apaga o led vermelho (sinal 2) digitalwrite(10,high); //acende o led verde (sinal 2) delay(4000); //espera 4 segundos digitalwrite(10,low); //apaga o led verde (sinal 2) digitalwrite(9,high); //acende o led amarelo (sinal 2) delay(2000); //espera 2 segundos digitalwrite(9,low); //apaga o led amarelo (sinal 2) Centro de Formação de Associação de Escolas Paços de Ferreira, Paredes e Penafiel