Jody Culkin e Eric Hagan

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1 Jody Culkin e Eric Hagan Novatec

2 Authorized Portuguese translation of the English edition of Make: Learn Electronics with Arduino ISBN Jody Culkin and Eric Hagan, published by Maker Media Inc. This translation is published and sold by permission of O Reilly Media, Inc., which owns or controls all rights to sell the same. Tradução em português autorizada da edição em inglês da obra da Make: Learn Electronics with Arduino ISBN Jody Culkin and Eric Hagan, publicada pela Maker Media Inc. Esta tradução é publicada e vendida com a permissão da O Reilly Media, Inc., que detém ou controla todos os direitos para publicação e venda desta obra. Copyright 2018 da Novatec Editora Ltda. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei de 19/02/1998. É proibida a reprodução desta obra, mesmo parcial, por qualquer processo, sem prévia autorização, por escrito, do autor e da Editora. Editor: Rubens Prates ST Tradução: Cláudio José Adas Revisão gramatical: Tássia Carvalho Editoração eletrônica: Carolina Kuwabata ISBN: Histórico de impressões: Março/2018 Primeira edição Novatec Editora Ltda. Rua Luís Antônio dos Santos São Paulo, SP Brasil Tel.: [email protected] Site: Twitter: twitter.com/novateceditora Facebook: facebook.com/novatec LinkedIn: linkedin.com/in/novatec

3 1 Introdução ao Arduino Talvez você tenha visto o Arduino em uma loja de eletrônicos local, tenha ouvido um amigo que comprou um falar dele ou apenas viu um projeto legal na Internet que aguçou seu interesse. O que é o Arduino? Resumindo, é um computador simples, de pequena escala e com preço acessível que se concentra na interação com o mundo externo (Figura 1.1). A maioria dos computadores com os quais você está familiarizado é controlada quase exclusivamente por teclado e mouse, tela sensível ao toque ou trackpad. Um Arduino lhe permite obter informações do mundo externo com sensores que medem temperatura, níveis de luz e som, ou mesmo as vibrações sob seus pés, e converter essas medidas em movimento, som, luz e muito mais. Figura 1.1 Logo do Arduino.

4 O Arduino foi desenvolvido originalmente por professores para permitir que seus alunos de projeto que não eram engenheiros criassem objetos e ambientes interativos. Desde que o Arduino original foi lançado em 2005, estima-se que mais de 1 milhão foram vendidos. Projetistas, educadores, engenheiros, entusiastas e estudantes construíram todos os tipos de projetos que sentem e respondem ao mundo externo usando Arduino. Existem muitas versões de Arduino e cada uma delas foi projetada para uma função específica. A Figura 1.2 mostra algumas placas Arduino. Escrevemos este livro no espírito da equipe do Arduino. Não assumimos que você já conheça programação ou eletrônica, assim mostraremos o que precisa saber para começar a usar o Arduino. Ajuda se você for bom em construir e consertar coisas, e se for determinado. Arduino Uno Arduino Lilypad Arduino 101 Arduino YÚN Figura 1.2 Existem muitas versões do Arduino, cada uma delas projetada para uma função diferente. Introdução ao Arduino 13

5 Computação física O Arduino é usado para construir projetos de computação física. O que isso significa? Computação física se refere não apenas a obter informações do mundo ao nosso redor usando entradas como sensores e chaves, mas também a responder a essas informações com saídas de algum tipo. Pode ser simplesmente ligar um LED quando uma sala ficar escura ou um sistema complexo de sons e luzes que responde à posição de uma pessoa na sala. Um Arduino pode funcionar como o cérebro desse tipo de sistema, tratando das informações que chegam e das respostas que saem. O Arduino faz parte do movimento OSHW (Open Source Hardware ou Hardware Livre ou de Código Aberto). Vamos ver o que isso significa. O que é hardware de código aberto? O Arduino é definido em seu site como uma plataforma aberta de prototipagem para eletrônica. No movimento de hardware de código aberto, os tecnologistas compartilham seu hardware e software para estimular o desenvolvimento de novos projetos e ideias. Os projetos-fonte são compartilhados em um formato que pode ser modificado e, sempre que possível, são usados materiais e ferramentas de código aberto disponíveis para criar os projetos. Ao encorajar o compartilhamento de recursos, o movimento de hardware de código aberto facilita o desenvolvimento de novos produtos e projetos. Projetos de código aberto enfatizam a importância da documentação e do compartilhamento, tornando a comunidade de usuários um ótimo recurso para aqueles que estão aprendendo. Prototipagem O Arduino é uma plataforma de prototipagem. O que é isso? É construir o modelo de um sistema. Ela pode envolver muitas fases, 14 Aprenda eletrônica com arduino

6 desde esboços iniciais até planos detalhados e uma série de refinamentos, incluindo a construção de um modelo totalmente funcional que pode ser replicado. Ou ela pode ser um modelo único e pontual montado rapidamente para testar uma ideia. O que é necessário e onde obter? Como o Arduino existe desde 2005 e está constantemente evoluindo, existem várias versões dele. Para efeito deste livro, trataremos do Arduino Uno. No entanto, o seu pode não se parecer exatamente com o Uno mostrado na Figura 1.3, pois nós simplificamos o desenho para destacar as seções que nos interessam. Uma vez que o Arduino é de código aberto, você também pode comprar uma placa que não venha diretamente da organização Arduino. Saiba que neste livro nos concentramos no Arduino Uno e em placas compatíveis. Aqui está o Arduino Uno pela primeira vez. RESET AREF TX RX GND ~11 ~10 ~9 8 L DIGITAL (PWM~) - + ARDUINO 7 ~6 ~5 4 UNO ~ TX RX ON ICSP MADE IN ITALY IOREF RESET 3.3V 5V.ARDUINO.CC GND POWER Vin ANALOG IN A0 A1 A2 A3 A4 A5 Figura 1.3 Arduino Uno. Introdução ao Arduino 15

7 Peças e ferramentas Também precisamos de peças eletrônicas adicionais e algumas ferramentas para construir projetos com o Arduino. Aqui está uma lista de peças que é preciso comprar para concluir os projetos neste livro. À medida que construirmos cada projeto, forneceremos mais detalhes sobre as peças e o que elas fazem. Lista de peças Protoboard Cabo USB A-B Bateria de 9 volts Fonte de alimentação de 9-12 volts Suporte de bateria de 9 volts LEDs variados, uma variedade de cores Resistores variados Potenciômetro de 10K 3 interruptores/botões instantâneos Fotorresistor Alto-falante, 8 ohms 2 servomotores Jumpers As próximas figuras, da Figura 1.4 até a Figura 1.16, mostram como são as peças, junto com uma breve descrição. Peças eletrônicas são comumente chamadas de componentes, pois são componentes em um circuito eletrônico. Você aprenderá mais sobre circuitos no Capítulo 3, Conheça o circuito. 16 Aprenda eletrônica com arduino

8 Uma protoboard, mostrada na Figura 1.4, é usada para construir e testar circuitos rapidamente. Um cabo USB A-B, apresentado na Figura 1.5, conecta o Arduino a um computador para que você possa programá-lo. Ele também fornece energia. Uma bateria de 9 volts, mostrada na Figura 1.6, pode fornecer energia quando o Arduino não estiver conectado a um computador. Figura 1.4 Protoboard. Figura 1.5 Cabo USB A-B. Figura 1.6 Bateria de 9 volts. Introdução ao Arduino 17

9 O suporte de bateria, na Figura 1.7, será usado para ligar uma bateria a uma protoboard. O adaptador de energia, mostrado na Figura 1.8, pode alimentar seu Arduino quando ele não estiver ligado a seu computador. Diodos emissores de luz (LEDs), apresentados na Figura 1.9, emitem luz quando uma tensão é aplicada. Figura 1.7 Suporte de bateria. Figura 1.8 Adaptador de energia. Figura 1.9 LEDs. Resistores, que podem ser vistos na Figura 1.10, limitam o fluxo de corrente em um circuito. Usaremos um botão de pressão instantâneo, mostrado na Figura 1.11, para fazer ou desfazer uma conexão em um circuito. A Figura 1.12 apresenta um potenciômetro, um resistor variável. 18 Aprenda eletrônica com arduino

10 Figura 1.10 Resistores. Figura 1.11 Botão de pressão instantâneo. Figura 1.12 Potenciômetro. Um fotorresistor, mostrado na Figura 1.13, muda sua resistência quando exposto a diferentes níveis de luz. A Figura 1.14 mostra um alto-falante de 8 ohms, que reproduzirá sinais de áudio. O servomotor é um motor de hobby facilmente controlável, como pode ser visto na Figura Jumpers, apresentados na Figura 1.16, são usados para conectar componentes em uma protoboard. Você pode comprá-los ou construí-los com desencapadores de fios. Figura 1.13 Fotorresistor. Figura 1.14 Alto-falante de 8 ohms. Introdução ao Arduino 19

11 Figura 1.15 Servomotor. Figura 1.16 Jumpers. Uma observação sobre LEDs LEDs vem em uma variedade de cores, estilos e tamanhos. Usaremos LEDs em muitos dos projetos neste livro, pois eles ajudam a demonstrar visualmente uma série de conceitos básicos de eletrônica e do Arduino. Algo importante a lembrar sobre LEDs é que eles têm polaridade ou direção em que precisam ser colocados para funcionar em um projeto. Se colocarmos os LEDs ao contrário, eles não acenderão. Como saber a orientação de um LED? Os LEDs têm duas pernas ou terminais, que apresentam comprimentos diferentes, como pode ser visto na Figura O terminal maior é conhecido como anodo, o lado do LED que se conectará à alimentação. O terminal mais curto é chamado de catodo e será posicionado longe da fonte de alimentação. Mostraremos como 20 Aprenda eletrônica com arduino

12 posicionar os terminais em um circuito quando começarmos a construir um, e sempre lembraremos você da polaridade em outros circuitos. Observação: Se você posicionar o LED ao contrário, ele não acenderá, mas também não danificará nada em seu projeto. O que acontece caso você tenha usado um LED com terminais em forma de clipe? Em muitos LEDs, se você sentir o bulbo, um lado da borda na parte inferior dele é mais plano. O terminal conectado a esse lado é o catodo ou lado negativo. Vamos agora olhar algumas ferramentas que serão necessárias para criar esses projetos. anodo terminal longo ligado à alimentação catodo terminal curto Figura 1.17 Anodo (terminal positivo) e catodo (terminal negativo) de um LED. Ferramentas Um multímetro informará tudo que você precisa saber sobre as propriedades elétricas de um circuito, as quais não são necessariamente visíveis a olho nu. Nós lhe mostraremos como usá-lo, começando no Capítulo 2. O multímetro exibido na Figura 1.18 está disponível na SparkFun (número de peça TOL-12966), mas você pode encontrar outro de sua preferência. Ao escolher um multímetro, certifique-se de que ele seja digital e tenha terminais removíveis e um fusível. Introdução ao Arduino 21

13 Figura 1.18 Multímetro. Alicates de ponta, como na Figura 1.19, são úteis para retirar componentes da protoboard quando você quiser fazer mudanças em um circuito. Eles também ajudam a recolher pequenos componentes. Figura 1.19 Alicates de ponta. 22 Aprenda eletrônica com arduino

14 Desencapadores de fios, exibidos na Figura 1.20, são usados para remover o revestimento plástico isolante encontrado em fios de várias espessuras. Eles facilitarão muito sua vida ao usar bobinas de fios, pois você poderá cortar e usar comprimentos personalizados de fio. Figura 1.20 Desencapadores de fios. Dica: Embora seja possível comprar jumpers pré-cortados, lembre-se de que você pode criar seus próprios usando desencapadores de fios para remover o revestimento plástico das extremidades de um segmento de fio. Fio de bitola 22 AWG funciona bem em protoboards. Uma palavra sobre ferramentas: o ferro de solda Talvez você esteja familiarizado com um ferro de solda e seu uso em eletrônica para conectar componentes. Neste livro, escolhemos usar uma protoboard para fazer as conexões em todos os circuitos listados. Isso significa que não é preciso comprar um ferro de solda ou aprender a usá-lo para concluir os projetos aqui apresentados. Introdução ao Arduino 23

15 DÚVIDAS? P: O que faz um ferro de solda? R: Um ferro de solda é usado para derreter um material condutor ( solda ) a fim de combinar dois componentes elétricos de forma permanente. Esse processo é chamado de soldagem. P: Por que este livro não ensina soldagem? R: Soldagem é uma habilidade maravilhosa de se ter e o ajudará a levar a eletrônica ao próximo patamar, mas neste livro estamos preocupados principalmente com as noções básicas. É possível criar circuitos totalmente funcionais sem ela. P: A lista de componentes parece ter muitas peças. As imagens parecem legais, mas preciso realmente comprar todos os itens da lista? R: Você verá muito mais imagens como essas! Respondendo à sua pergunta, você usará todas as peças ao construir os projetos neste livro. Essas peças também podem ser reutilizadas para seus próprios projetos. Explicaremos o que elas fazem à medida que forem usadas. P: Meu amigo/irmão/pai/professor/cachorro me deu um modelo mais novo/antigo do Arduino. Preciso usar o Arduino Uno para os projetos neste livro? R: Boa pergunta. Os projetos no livro podem funcionar com seu Arduino particular, mas tanto a programação quanto os recursos do Arduino mudaram com o tempo e diferem com base na versão. Todos os exemplos neste livro foram testados usando o Arduino Uno e a versão mais recente do software do Arduino. P: Eu não reconheço e não sei usar nenhuma das ferramentas ou componentes mostrados; existe outro livro para mim? R: Não! Este livro foi escrito para você. Abordaremos particularidades sobre como usar todas as peças e ferramentas listadas nos próximos capítulos. Tenha paciência e continue lendo. P: Na minha vizinhança, não existe um lugar onde eu possa comprar essas peças. Você tem recomendações de lugares onde encontro essas peças online? R: Ótima pergunta! Você está pronto para a próxima seção. 24 Aprenda eletrônica com arduino

16 Recursos Vários fornecedores vendem os componentes necessários. Aqui estão as URLs dos sites de muitos deles, e podem existir lojas físicas ou outros recursos em sua comunidade. Maker Shed (makershed.com) Seleção de kits e componentes individuais do Arduino. Algumas peças eletrônicas com foco na comunidade Maker. SparkFun Electronics (sparkfun.com) Ampla gama de sensores e placas de componentes (placas breakout), Arduinos clássicos e suas versões caseiras. Adafruit Industries (adafruit.com) Arduinos e placas de componentes (placas breakout), sensores, componentes eletrônicos. Jameco Electronics (jameco.com) Principalmente componentes eletrônicos, botões e interruptores sem fio. Mouser Electronics (mouser.com) Algum Arduino, enorme quantidade de componentes eletrônicos, sensores e outros itens. Digi-Key Electronics (digikey.com) Ótimo para encomendar componentes, chips e assim por diante. Micro Center (microcenter.com) Uma fonte de componentes e Arduinos, eles têm lojas físicas além de um site. Introdução ao Arduino 25

17 Kits Kits estão disponíveis em alguns fornecedores mencionados aqui e contêm a maioria das peças necessárias para concluir os projetos. Revisaremos exatamente o que será necessário para construir os projetos em cada capítulo. Aqui estão alguns dos kits disponíveis; você descobrirá que existem muitos outros. Um kit desenvolvido pela equipe do Arduino (arduino.cc/en/ Main/ArduinoStarterKit). É possível adquiri-lo em uma série de fornecedores. Esse kit está disponível na Maker Shed: makershed.com/ products/make-getting-started-with-arduino-kit-special-edition A Adafruit Industries tem alguns kits, incluindo este: adafruit. com/products/193 Resumo Este capítulo ensinou você a começar a usar seu Arduino. Agora já sabe onde obter os itens necessários, consegue identificar vários componentes e ferramentas que serão usados e aprendeu algo sobre as contribuições do movimento de código aberto. O próximo capítulo abordará o Arduino Uno em mais detalhes e mostrará como conectá-lo ao seu computador. 26 Aprenda eletrônica com arduino