Simon Monk Novatec
Authorized Portuguese translation of the English edition of Make: Action, ISBN 9781457187797 2016 Simon Monk, 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 publish and sell the same. Tradução em português autorizada da edição em inglês da obra Make: Action, ISBN 9781457187797 2016 Simon Monk, publicada pela Maker Media Inc. Esta tradução é publicada e vendida com a permissão da O'Reilly Media, Inc., detentora de todos os direitos para publicação e venda desta obra. Novatec Editora Ltda. 2016. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610 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 IG20160922 Tradução: Cláudio José Adas Assistente editorial: Priscila A. Yoshimatsu Editoração eletrônica: Carolina Kuwabata Revisão gramatical: Smirna Cavalheiro ISBN: 978-85-7522-524-0 Histórico de impressões: Setembro/2016 Primeira edição Novatec Editora Ltda. Rua Luís Antônio dos Santos 110 02460-000 São Paulo, SP Brasil Tel.: +55 11 2959-6529 E-mail: novatec@novatec.com.br Site: www.novatec.com.br Twitter: twitter.com/novateceditora Facebook: facebook.com/novatec LinkedIn: linkedin.com/in/novatec
Sumário 1 Introdução...15 Arduino e Pi... 15 Raspberry Pi... 15 Arduino... 17 Escolhendo um dispositivo: Arduino ou Pi?... 18 Alternativas... 20 Resumo... 21 2 Arduino... 23 O que é um Arduino?...23 Instalando o Arduino IDE...25 Carregando um sketch...27 O código do livro...28 Guia de programação... 29 Setup e loop... 29 Variáveis... 30 Saídas digitais... 31 Entradas digitais... 31 Entradas analógicas... 33 Saídas analógicas... 34 If/Else...35 Loops... 36 Funções...37 Resumo... 40 3 Raspberry Pi...41 O que é um Raspberry Pi?... 41 Configurando seu Raspberry Pi... 43 Preparando um cartão MicroSD com NOOBS... 44 Configurando SSH...45 SSH em um computador com Windows...47 SSH no Mac ou Linux...49 5
6 Movimento, luz e som com Arduino e Raspberry Pi A linha de comando do Linux...49 O código do livro... 51 Guia de programação...52 Hello, World...52 Tabulações e recuos...53 Variáveis...53 if, while etc... 54 A biblioteca RPi.GPIO... 54 O conector GPIO...55 Saídas digitais... 56 Entradas digitais... 56 Saídas analógicas... 56 Resumo... 56 4 Início rápido...57 Matriz de contato sem solda...57 Como funciona uma matriz de contato...59 Conectando uma matriz de contato ao Arduino...59 Conectando uma matriz de contato ao Raspberry Pi... 60 Baixando o software... 61 Experimento: Controlando um LED... 61 Lista de peças... 62 Leiaute da matriz de contato... 62 Conexões do Arduino... 63 Software do Arduino... 64 Experimento com o Arduino... 64 Conexões do Raspberry Pi... 65 Software do Raspberry Pi... 66 Experimento com o Raspberry Pi... 68 Comparando o código... 68 Experimento: Controlando um motor... 68 Lista de peças... 69 Leiaute da matriz de contato...70 Testando sem o Arduino ou o Raspberry Pi...70 Conexões do Arduino... 71 Experimentando com o Arduino... 71 Conexões do Raspberry Pi...72 Experimentando com o Raspberry Pi...73 Resumo...73
Sumário 7 5 Eletrônica básica...75 Corrente, tensão e resistência...75 Corrente...75 Tensão...76 Terra...77 Resistência...77 Potência...79 Componentes comuns...79 Resistores...79 Transistores... 81 Diodos...87 LEDs...87 Capacitores... 88 Circuitos integrados... 88 As conexões de entrada e saída... 89 Saídas digitais... 89 Entradas digitais... 89 Entradas analógicas... 89 Saídas analógicas... 90 Comunicação serial... 90 Resumo... 90 6 LEDs...91 LEDs regulares...92 Limitação de corrente...92 Projeto: Sinal de trânsito... 94 Lista de peças... 95 Projeto... 96 Conexões do Arduino... 96 Software do Arduino...97 Conexões do Raspberry Pi... 98 Software do Raspberry Pi... 99 PWM e LEDs...100 LEDs RGB... 101 Experimento: Misturando cores...102 Hardware...102 Lista de peças...104 Conexões do Arduino...104 Software do Arduino...105 Experimento com Arduino...106
8 Movimento, luz e som com Arduino e Raspberry Pi Conexões no Raspberry Pi...106 Software do Raspberry Pi... 107 Testando com o Raspberry Pi...109 Resumo... 110 7 Motores, bombas e atuadores...111 Controlando a velocidade (PWM)... 113 Experimento: Controlando a velocidade de um motor DC... 113 Hardware... 113 Conexões do Arduino...114 Software do Arduino...114 Testando no Arduino...116 Conexões do Raspberry Pi...117 Software do Raspberry Pi... 118 Testando com o Raspberry Pi... 119 Controlando motores DC com um relé... 119 Comutando um relé com Arduino ou Raspberry Pi...120 Módulos de relé...122 Experimento: Controlando um motor DC com um módulo de relé...123 Lista de peças...123 Fiação...123 Software do Arduino... 124 Software do Raspberry Pi...125 Escolhendo um motor...125 Torque...126 RPM... 127 Engrenagens... 127 Motorredutores... 127 Bombas...128 Bombas peristálticas...128 Bombas centrífugas...129 Projeto: Regador de plantas caseiro com Arduino...130 Projeto...131 Lista de peças...132 Construção...133 Software...135 Usando o projeto... 137 Atuadores lineares...138 Solenoides...139 Resumo...140
Sumário 9 8 Controle avançado do motor... 141 Pontes-H... 142 Ponte-H em um chip...144 Experimento: Controle a direção e a velocidade de um motor...146 Lista de peças... 147 Projeto...148 Leiaute da matriz de contato... 149 Testando...150 Conexões do Arduino... 152 Software do Arduino...153 Testando com o Arduino...156 Conectando o Raspberry Pi...156 Software do Raspberry Pi... 157 Testando com o Raspberry Pi...159 Outros CIs com ponte-h...160 L298N...160 TB6612FNG...164 Módulos de ponte-h...165 Projeto: Esmagador de latas de bebida com Arduino...166 Lista de peças... 167 Ligações...168 Construção mecânica...169 Software do Arduino...169 Resumo... 170 9 Servomotores...171 Servomotores...171 Controlando um servo... 173 Experimento: Controle a posição de um servomotor... 173 Hardware... 174 Lista de peças... 175 Conectando o Arduino... 175 Software do Arduino... 177 Testando com o Arduino... 178 Conectando o Raspberry Pi... 178 Software do Raspberry Pi... 179 Testando com o Raspberry Pi... 181 Projeto: Pepe, o boneco dançarino do Raspberry Pi...182 Lista de peças...183 Projeto...183
10 Movimento, luz e som com Arduino e Raspberry Pi Construção...184 Resumo...193 10 Motores de passo...195 Motores de passo...196 Motores de passo bipolares...196 Experimento: Controlando um motor de passo bipolar...199 Lista de peças...200 Projeto...200 Arduino...201 Conexões do Arduino...201 Software do Arduino (o modo difícil)... 203 Software do Arduino (o modo fácil)... 206 Testando com Arduino... 208 Raspberry Pi... 208 Conexões do Raspberry Pi... 209 Software do Raspberry Pi... 209 Testando o Raspberry Pi...212 Motores de passo unipolares...212 Transistores Darlington...213 Experimento: Controlando um motor de passo unipolar... 214 Hardware... 215 Lista de peças... 216 Conexões do Arduino... 217 Conexões do Raspberry Pi... 217 Software...218 Micropassos...218 Experimento: Micropassos com o Raspberry Pi...218 Lista de peças...219 Conexões do Raspberry Pi...219 Software... 220 Testando... 222 Motores DC sem escovas... 223 Resumo... 224 11 Aquecimento e resfriamento... 225 Aquecedores resistivos... 225 Experimento: Aquecimento do resistor... 225 Lista de peças... 226 Construção... 226 Testando...227
Sumário 11 Projeto: Estourando balões aleatoriamente com Arduino...227 Lista de peças... 228 Hardware... 228 Software... 230 Usando o dispositivo para estourar balões... 231 Elementos de aquecimento... 231 Potência e energia... 232 Da potência ao aumento de temperatura... 232 Fervendo água... 233 Elementos Peltier... 234 Como funcionam os elementos Peltier... 234 Considerações práticas... 235 Projeto: Cooler de bebidas...237 Lista de peças... 238 Construção... 239 Usando o projeto... 240 Resumo... 240 12 Loops de controle...241 O termostato simples... 241 Experimento: Quão bom é um controle termostático liga/desliga?...242 Lista de peças... 243 Projeto... 244 Leiaute da matriz de contato... 245 Software... 246 Testando... 249 Histerese... 251 Controle PID... 252 Proporcional (P)... 253 Integral (I)... 255 Derivativo (D)... 255 Ajustando um controlador PID... 256 Experimento: Controle PID termostático...257 Hardware...257 Software do Arduino...257 Testando com Arduino...261 Conectando o Raspberry Pi... 266 Software do Raspberry Pi... 266 Testando com o Raspberry Pi... 270
12 Movimento, luz e som com Arduino e Raspberry Pi Projeto: Um cooler termostático de bebidas...272 Hardware...272 Lista de peças...273 Projeto...273 Construção...275 Software do Arduino...277 Resumo...281 13 Controlando AC... 283 Comutação AC na teoria... 283 O que é corrente alternada?... 284 Relés... 285 Optoacoplador... 286 Optoacopladores e TRIACs de passagem por zero... 286 Comutação AC na prática... 288 Módulos de relé... 288 Relés de estado sólido (SSRs)... 290 O PowerSwitch Tail...291 Projeto: Interruptor temporizado com Raspberry Pi... 292 Lista de peças... 292 Construção... 292 Software... 293 Usando o projeto... 294 Resumo... 294 14 Displays... 295 Fitas de LED... 295 Experimento: Controlando um display do tipo fita de LED RGB... 296 Lista de peças... 296 Conexões do Arduino... 297 Software do Arduino... 298 Conexões do Raspberry Pi...300 Software do Raspberry Pi... 302 Displays OLED I2C... 304 Experimento: Usando um módulo de display I2C com Raspberry Pi... 305 Lista de peças... 305 Conexões... 306 Software... 306 Teste... 308
Sumário 13 Projeto: Acrescentando um display ao projeto do cooler de bebidas... 309 Lista de peças...310 Conexões...310 Software...311 Resumo...312 15 Som...313 Experimento: Alto-falante não amplificado e Arduino... 313 Lista de peças... 314 Leiaute da matriz de contato... 315 Software do Arduino... 315 Testando com Arduino... 316 Amplificadores... 317 Experimento: Reproduzindo arquivos de som em um Arduino...318 Lista de peças...318 Criando os dados de som...319 Código do Arduino... 321 Testando com o Arduino... 321 Conectando um Arduino a um amplificador... 322 Reproduzindo arquivos de som no Raspberry Pi...324 Projeto: Pepe, o boneco, ganha uma voz... 325 Lista de peças... 326 Leiaute da matriz de contato...327 Software... 328 Usando o boneco falante... 330 Resumo... 330 16 A Internet das Coisas...331 Raspberry Pi e o Bottle... 332 Projeto: Um interruptor web com Raspberry Pi... 333 Hardware... 334 Software... 334 Usando o interruptor web... 335 Arduino e redes... 336 Projeto: Notificador do boneco via Twitter... 337 Colocando Pepe na internet... 338 IFTTT (If This Then That)... 341 Usando o projeto... 343 Resumo... 344
14 A B Movimento, luz e som com Arduino e Raspberry Pi Peças...345 Fornecedores... 345 Resistores e capacitores... 346 Semicondutores...347 Hardware...347 Miscelâneas... 348 Configuração de pinos... 349 Configuração dos pinos GPIO do Raspberry Pi...351 Observações... 351 Sobre o autor... 352 Sobre o revisor técnico... 352