Introdução ao Arduino

por **Caca Silva** Sáb 26 maio 2012 - 13:55

Uma plataforma que disponibiliza aos profissionais de eletrônica uma maneira fácil de programar microcontroladores para os seus projetos

O Arduino é uma plataforma que foi criada para suprir a demanda do hobbyista ou entusiasta de eletrônica que gostaria de uma forma barata e mais fácil de usar e programar microcontroladores para seus circuitos mais complexos. Com o Arduino, aqueles que já têm algum conhecimento mínimo de programação têm um equipamento prático de utilizar sem exigir grandes conhecimentos de eletrônica; outros que conhecem eletrônica têm uma plataforma fácil de realizar uma interação de alto nível; e alguns que não têm conhecimento nenhum, podem partir do zero e chegar a algo funcional com facilidade.

Há outras plataformas para microcontroladores de diversos tipos criadas com esse objetivo, mas o Arduino foi gerado com foco em características como custo e facilidade de uso, sendo disponível como hardware e software livre, e buscando como público-alvo pessoas entre professores, estudantes, amadores, hobbyistas, e até mesmo aqueles que procuram somente uma forma melhor de interagir com o computador e usá-lo em seu trabalho, como alguns artistas. Recebeu menção honrosa no festival “Ars Eletrônica 2006” e possui licença da Creative Commons como hardware livre.

A plataforma consiste em uma placa com circuitos de entrada/saída para um microcontrolador AVR, um ambiente de desenvolvimento e o bootloader que já vem gravado no microcontrolador, ou que pode ser gravado facilmente caso construa seu próprio Arduino a partir dos esquemas disponíveis. Quem já domina o assunto e quiser usá-lo, poderá também programá-lo como qualquer AVR.

Hardware

As especificações da placa são disponíveis livremente. Ela é fornecida comercialmente com o nome “Arduino” através do fabricante original, e com outros nomes por vários fabricantes diferentes, podendo ser adquirida em várias versões. Ela também pode ser montada pelo próprio interessado, confeccionando tudo por conta própria a um custo baixo (figura 1).

Introdução ao Arduino Figura_1_introducao_arduino

As versões mais recentes, como o Arduino “Duemilanove” (2009, em italiano), usam o microcontrolador ATmega168. Todas as versões utilizam comunicação serial e podem até ser ligadas a qualquer dispositivo compatível, mas as versões recentes têm um conversor USB-serial que permite a ligação direta com uma porta USB do computador. Entre outras variações da placa original, há uma versão com Bluetooth permitindo fácil acesso sem fio, versões “mini”, próprias para embutir permanentemente em um projeto, entre outras.

A placa inclui um cristal oscilador de 16 MHz para o clock, um regulador de tensão de 5 V, botão de reset, plugue de alimentação, pinos conectores, e alguns LEDs para facilitar a verificação do funcionamento. A porta USB já fornece alimentação enquanto estiver conectado ao computador, e a tensão de alimentação quando desconectado pode variar de 7 V a 12 V, graças ao regulador presente na placa.

A placa tem 13 pinos de entrada/saída, podendo ser configurados conforme desejado para leitura de botões, circuitos, controle de dispositivos, etc. Além desses, há mais 6 pinos de entrada analógica para leitura de sensores e sinais de entrada de diversos tipos. Dentre os 13 pinos de saída, 6 podem ser configurados para usar “Pulse Width Modulation” (PWM), que permite a interação fácil com dispositivos que utilizam essa forma de modulação, como servomotores, assim como o controle da intensidade do sinal entregue pela saída. Na figura 2 temos a pinagem da placa.

Introdução ao Arduino Figura_2_introducao_arduino

Software

O ambiente de desenvolvimento é uma aplicação multiplatataforma, desenvolvida em Java, com código-fonte aberto, que funciona em Windows, Linux e Mac. Ele tem o visual de um editor simples, fácil de usar para editar, compilar e gravar o código na placa. A linguagem usada é baseada em C e algumas construções de C++, e inclui também uma biblioteca própria, além das funções de uma parte da biblioteca padrão C. Além da biblioteca original, há muitas outras disponíveis na comunidade, desenvolvidas por usuários colaboradores, que facilitam diversas outras tarefas.

Como um dos pontos mais importantes do projeto é a facilidade de uso por amadores e leigos, as bibliotecas de controle são muito fáceis de usar, frequentemente exigindo não mais do que uma única chamada de função até para realizar tarefas bem complexas, como movimentar um motor de passo ou ler um valor de um sensor, sendo ideal para iniciantes, amadores, e quem nunca animou-se muito em aprender a usar microcontroladores por dificuldade com programação Assembly.

Exemplo 1

O primeiro circuito de exemplo ilustra o uso de uma das saídas PWM do Arduino com um servomotor. Qualquer servo com um terminal de controle compatível funciona. Aqui usamos um polar rotor do tipo usado em antenas parabólicas (figura 3).

Introdução ao Arduino Figura_3_introducao_arduino

Os fios preto e vermelho correspondem ao negativo e positivo da alimentação, respectivamente, e neste exemplo pode- mos conectá-lo diretamente aos pinos de alimentação do Arduino. O vermelho é conectado ao pino 5 V, e o preto a qualquer um dos pinos GND. Note que há dois pinos GND, um ao lado do outro no bloco de pinos inferiores. O fio branco é o terminal de controle, e deve ser conectado a uma das saídas digitais com PWM, qualquer um dos pinos 3, 5, 6, 9, 10 ou 11. Aqui usaremos o 10. Na figura 4 temo a conexão do servo à placa.

Introdução ao Arduino Figura_4_introducao_arduino

No exemplo usamos um código que lerá um caracter recebido pela porta serial, digitado pelo usuário através do “Serial Monitor” do ambiente de desenvolvimento ou enviado diretamente pela porta USB, usando um terminal ou uma biblioteca de linguagem de programação caso queiramos uma interação maior. De acordo com o caracter recebido, o Arduino controla o servo movimentando-o até uma posição fixa.

Introdução ao Arduino Box_1_introducao_arduino

Exemplo 2

O segundo exemplo mostra como utilizar uma das entradas analógicas do Arduino, assim como um dos pinos digitais como saída. Usaremos um potênciometro que controlará a velocidade com que um LED pisca na saída.

O potênciometro linear de 100 kohms é conectado tendo um dos seus pinos extremos ligado ao GND, o outro extremo ao pino AREF, que fornece a tensão de referência, e o pino central conectado a qualquer uma das entradas analógicas, na parte inferior esquerda. Aqui usaremos a entrada 1. Observe a figura 5.

Introdução ao Arduino Figura_5_introducao_arduino

O Arduino possui soldado na placa um LED e um resistor já conectados ao pino 13, para facilitar a depuração e diagnóstico. Faremos com que esse LED pisque com um intervalo proporcional à posição do potênciometro. Em um extremo ele alternará o estado a cada 10 ms, no outro extremo a cada 500 ms.