Educação Profissional Técnico em Eletroeletrônica. Prática 4 Arduino. Alunos: Nota:

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1 SENAI Arcos CFP Eliezer Vitorino Costa Educação Profissional Técnico em Eletroeletrônica Turma: TET04T-3 Prática 4 Arduino. Alunos: Nota: Instrutor: Raphael Roberto Ribeiro Silva 08/03/2017 Valor: 2,5 pontos 1 - Objetivos: Esta aula pratica tem como objetivo promover a familiarização dos alunos com: Montagens de sistemas eletrônicos simples em protoboard utilizando a plataforma arduino; Utilização e manuseio de dispositivos eletroeletrônicos. 2 - Material Utilizado: - Placa Arduino UNO; - Protoboard; - Cabos para conexão; - 3 resistores, 3 LEDs e 1 push button. 3 - Contextualização: Sistemas eletroeletrônicos possuem requisitos para que funcionem corretamente e, para isso, são disponibilizadas as especificações destes sistemas, que permitem ao usuário/desenvolvedor utilizar o dispositivo ou equipamento sem prejuízo do mesmo ou de outros. Estes requisitos são fornecidos pelo fabricante e garantem o bom funcionamento do sistema nas condições especificadas. A utilização do dispositivo ou equipamento fora dessas especificações poderá causar acidentes e são de inteira responsabilidade do usuário. Especificações podem ser definidas como as condições necessárias para o funcionamento adequado de um dispositivo. No caso de dispositivos eletroeletrônicos, as especificações deverão conter valores de corrente, tensão e potência elétricas, além de limites máximos e mínimos para diversas características e situações previstas em que o dispositivo pode ser utilizado. 3.1 Fonte de sinais e alimentação Por ser uma plataforma aberta de desenvolvimento, não só as especificações como todo o projeto elétrico do Arduino podem ser encontradas em fóruns e comunidades de desenvolvimento. A placa Arduino UNO será utilizada como fonte de alimentação e para fornecer sinais de entrada aos circuitos que serão montados. Podemos classificar as interfaces da placa Arduino UNO em, basicamente, quatro tipos: analógicos, digitais, pinos de alimentação, interface de alimentação/comunicação.

2 a) Pinos analógicos: a placa Arduino UNO possui 6 pinos de comunicação analógica (A0 ate A5). Como a nomenclatura destes pinos já dizem, as informações lidas pela placa e escritas por ela são analógicas. Para que o Arduino processe estas informações de maneira digital, existem conversores A/D e D/A de 10 bits que realizam estas conversões e estes pinos aceitam tensões entre 0 e 5 volts. O pino AREF, na barra de pinos digitais, é a entrada da tensão de referência para os conversores. b) Pinos digitais: a placa Arduino UNO possui 13 pinos de comunicação digital (0 até 13). Como a nomenclatura dos pinos declara, as informações lidas para a placa e escritas fora da placa são digitais. Alguns destes pinos possuem a funcionalidade de trabalharem como PMW (Modulação por largura de pulso) são os pinos que possuem um til (~). Os pinos 0 e 1 são conectados a USART do microcontrolador Arduino para a comunicação serial com um computador. Os pinos 2 e 3 são chamados de ISR (Serviço de rotina de interrupção) e servem para tratar um interrupção com a função attachinterrupt(). c) Pinos de alimentação: a placa Arduino UNO possui alguns pinos de alimentação, que são: 3V3, 5V e GND. Eles servem para alimentar um circuito externo conectado ao Arduino. É importante ressaltar que o pino 3V3 fornece uma corrente máxima de 50mA. O pino RESET, quando forçado ao potencial de terra serve para realizar a função de reset da placa. O pino Vin pode servir para alimentar o Arduino se nele for aplicado uma tensão entre 9 e 15 volts. d) Interfaces de alimentação e de comunicação: é recomendado que a entrada da fonte de alimentação receba tensões de 9 a 15 volts. Também é possível alimentar o modulo com uma bateria comercial de 9 volts. O conector USB é utilizado para realizar a comunicação com o computador. Por esse conector USB o Arduino recebe 5 volts e o computador pode ser utilizado como fonte de alimentação.

3 3.2 - Protoboard Esta placa pode ser chamada de placa de ensaio, placa de prototipação ou matriz de contatos. Ela possui furos e conexões condutoras para permitir a montagem de circuitos elétricos. Uma grande vantagem desta placa de ensaio é a facilidade de inserção de componentes, uma vez que não necessita soldagem Resistor Um resistor é um dispositivo elétrico que possui a característica de limitar a passagem de corrente elétrica e, com isso, transforma energia elétrica em energia térmica por meio do efeito joule. Essa oposição à passagem de corrente elétrica recebe o nome de resistência elétrica ou impedância, que possui como unidade o Ohm (símbolo: Ω). Seu valor pode ser representado através de um código de cores sinalizado no próprio componente.

4 3.4 LED O componente LED (Light Emitting Diode) é um diodo emissor de luz. Ele é um diodo semicondutor (junção P-N) que quando é energizado emite luz visível. A luz emitida pelo LED não é monocromática (como em um laser), mas consiste de uma banda espectral relativamente estreita e é produzida pelas interações energéticas do elétron. O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamado eletroluminescência. Para que o LED funcione, é necessário que o terminal Anodo esteja ligado ao maior potencial elétrico e que o menor potencial esteja ligado ao terminal Catodo. Para que o LED não queime devido a uma corrente excessiva, é necessário que se utilize um resistor em séria, de modo a limitar a corrente que percorrerá o LED. O cálculo da resistência necessária é realizado utilizando-se a Lei de Ohm. Contudo, LEDs são tipicamente muito semelhantes nas suas características, existindo uma espécie de padrão para o cálculo da corrente. Sendo assim, na tabela a seguir são disponibilizados alguns valores médios da queda de tensão e corrente máxima para os LEDs das cores mais comuns. 3.5 Push button Para que exista interação com os sistemas eletroeletrônicos, é necessário que sejam utilizados atuadores. Os botões de pressão (ou de pulso) têm como finalidade atuar no sistema através de sinais de entrada. Alguns tipos e o funcionamento destes push buttons podem ser vistos nas Figuras abaixo: 3.6 Potenciômetros É interessante a maneira como o site ComoFazerAsCoisas explica o funcionamento do potenciômetro. Ele é um componente eletrônico que cria uma limitação para o fluxo de corrente elétrica que passa por ele, e essa limitação pode ser ajustada manualmente, podendo ser

5 aumentada ou diminuída. Os potenciômetros e os resistores têm essa finalidade de limitar o fluxo de corrente elétrica em um circuito, a diferença é que o potenciômetro pode ter sua resistência ajustada e o resistor comum não pode pois ele possui um valor de resistência fixo. O potenciômetro comumente possui três terminais e um eixo giratório para ajuste da sua resistência, e normalmente são usados em controle de volumes de aparelhos de som, controle de posicionamento em controles de vídeo games, controle de brilho e contraste em telas LCD, para controlar os movimentos do braço de um servomotor, controle de velocidade e sentido da rotação e controle de velocidade de um motorzinho. A resistência de um potenciômetro é medida em ohms (Ω), e normalmente a resistência informada em um potenciômetro é a sua resistência máxima. As formas comuns de se ligar um potenciômetro que também ilustram o seu funcionamento são mostradas na figura a seguir. Neste caso vamos tomar como exemplo um potenciômetro linear de 10K ohms. Potenciômetro 1: está com os terminais 1 e 2 ligados, neste caso ele varia sua resistência entre 0 ohm e 10 k ohms, nessa ligação quando você gira o eixo para a esquerda ele diminui a sua resistência e quando você gira para a direita aumenta a sua resistência. Potenciômetro 2: está com os terminais 2 e 3 ligados, neste caso ele varia sua resistência entre 0 ohm e 10 k ohms, nessa ligação quando você gira o eixo para a esquerda ele aumenta a sua resistência e quando você gira para a direita diminui a sua resistência. Potenciômetro 3: a resistência é fixa, no caso 10 k ohms. Mesmo se você girar o eixo para qualquer lado a resistência não varia. O potenciômetro por dentro: Observe que o terminal do meio é ligado a um cursor que varia sua posição, ao se girar o eixo, sobre um material resistivo, variando assim a sua resistência. 4 Ambientação Conecte a placa Arduino ao computador do laboratório através do cabo USB (figura 12). Em seguida, inicie o IDE da plataforma. Admite-se que os drivers já estejam instalados para que o sistema operacional reconheça a conexão com a plataforma.

6 4.2 - Certifique-se que a placa correta foi escolhida. Neste experimento utilizaremos o Arduino UNO O IDE possui diversos programas exemplo. Selecione o programa básico denominado Blink.

7 4.4 Análise do programa exemplo: Os programas possuirão duas partes essenciais, podendo possuir funções adicionais. Estas partes essenciais são os trechos de código denominados SETUP e LOOP. O trecho de código SETUP irá realizar a configuração de cada um dos pinos presentes na placa utilizada. Existem diversas funcionalidades que podem ser implementadas dentro da área de SETUP. Dentre estas funcionalidades está a definição de direção dos pinos, se são de entrada ou de saída. Nesta área também é realizada a configuração da comunicação serial. O trecho de código LOOP possuirá um código que será executado de maneira sequencial e cíclica. As duas barras // representam um comentário do código. Retirando os comentários e analisando o código-exemplo Blink, temos: Na figura a seguir é mostrado o pino 13. Junto a este pino existe um LED, sinalizado pela letra L. Este LED está ligado ao pino 13 e apresenta todo valor que passar por este pino, isto é, quando o valor do pino 13 for igual a 0 (nível baixo) o LED estará desligado e quando o valor do pino 13 for igual a 1 (nível alto) o LED estará ligado. 4.5 Compilação do programa Para que o programa seja compilado é necessário pressionar o botão. Após a compilação será exibido um status da compilação na parte inferior do IDE. Caso exista algum erro no código, este campo de informações/status informará qual é o erro encontrado e onde ele está localizado.

8 Para a transferência do programa para a placa Arduino é necessário pressionar o botão. O IDE só realiza a transferência de códigos que não possuem erro de compilação. Após a transferência a placa irá funcionar conforme o programa foi escrito. No caso deste exemplo, o LED do pino 13 ficará aceso por um segundo e apagado por um segundo. Esse procedimento será executado de maneira cíclica e indefinidamente. 5 - Experimento Neste experimento, um circuito eletrônico será utilizado para representar os níveis lógicos de um sinal binário por meio da informação luminosa fornecida por um diodo emissor de luz (LED). O nível lógico 1 será representado pela emissão de luz, enquanto que o nível lógico 0 será representado pela ausência de luz. Utilizando a matriz de contatos, crie um barramento para VCC e um barramento para GND, sendo VCC = 5V (nível lógico 1) e GND = terra (nível lógico 0); a) Garanta que a placa Arduino está desligada para a realização da montagem do circuito. Coloque a placa Arduino ao lado da matriz de contatos. b) Realize a montagem do circuito conforme o esquemático e programe o Arduino com o seguinte código-fonte. Explique o código-fonte e descreva o funcionamento do circuito. c) Realize a montagem do circuito conforme o esquemático apresentado a seguir. Desenvolva um código que acenda o LED somente quando o push button for apertado um número par de vezes. O fio vermelho está ligado no pino 5V. 6 Referências ARDUINO. Site Oficial da Comunidade, Disponível em: < Acesso realizado em: Jul/2015. BR-ARDUINO. Site que disponibiliza informações em português a respeito da plataforma Arduino. Disponível em: < >. Acesso realizado em: Jul/2015. Diversas informações a respeito das funcionalidades, especificações e exemplos de aplicações podem ser encontradas nas comunidades e fóruns desta plataforma. Alguns websites que merecem destaque são:

9 Arduino Playground - Instructables Arduino - ElectroSchematics Arduino - FilipeFlop - Lab de Garagem - BR-Arduino Relatório Faça uma análise e discussão das atividades realizadas, esse relatório deverá contar com: - Os esquemáticos dos circuitos montados/utilizados; - Uma análise sucinta sobre a atividade realizada; - Uma breve descrição sobre a programação utilizada na prática.