C.E.S.A.R Introducao ao Arduino

introdução ao arduino Tiago Barros|tiago.barros@cesar.org.br Inovação é a gente!

conteúdo computação física conceitos básicos de eletricidade conceitos básicos de eletrônica plataforma arduino sinais analógicos e digitais sensores e atuadores comunicação serial

computação física uso de computação e eletrônica [sensores e atuadores] na prototipação de objetos físicos para interação com seres humanos comportamento implementado por software utilização de microcontroladores

computação física o objetivo é interligar o mundo físico com o mundo virtual usar a computação e a interação com a tecnologia para o desenvolvimento das suas atividades meio para comunicação e interação entre pessoas

computação física como vemos os computadores?

computação física teclado mouse monitor CPU caixas de som como vemos os computadores?

computação física como os computadores nos veem?

computação física dedos [teclado/mouse] olho [monitor] duas orelhas [caixas de som] reflexo das entradas e saídas do computador como os computadores nos veem?

computação física “ mudar a forma que os computadores nos veem mudará como eles interagem conosco” Tom Igoe – Physical Computing

conceitos básicos de eletricidade

eletricidade eletricidade - interação entre partículas atômicas universo formado de átomos partículas atômicas: prótons: cargas positivas elétrons: cargas negativas

eletricidade Atomos com mais elétrons que prótons estão carregados negativamente (íon negativo) Atomos com menos elétrons que prótons estão carregados positivamente (íon positivo) “ buraco” “ elétron extra”

eletricidade cargas iguais se repelem cargas opostas se atraem cargas em movimento geram campo magnético campo magnético em movimento gera corrente elétrica N S

eletricidade – condutores e isolantes isolante – evita a passagem de elétrons condutor – permite o fluxo de elétrons

eletricidade – diferença de potencial (v) cargas negativas quanto maior a tensão, mais “força” teem os elétrons diferença de potencial ou tensão. cargas positivas V

eletricidade – corrente elétrica (i) quanto maior a corrente, maior a “quantidade” de elétrons fluxo de elétrons em um condutor

eletricidade – tipos de corrente elétrica corrente contínua corrente alternada

eletricidade – tipos de corrente elétrica inversão de polaridade no tempo mesma polaridade no tempo (sentido continuo)

eletricidade – resistência elétrica (r) propriedade do material condutor em reduzir a passagem dos elétrons elétrons “se acumulam e batem” no condutor, “dissipando” sua energia (gerando calor)

eletricidade – lei de ohm V = R x I a diferença de potencial (V) entre dois pontos de um condutor é proporcional à corrente elétrica (I) que o percorre e à sua resistência (R) V R I R = V/I I = V/R

eletricidade – circuito elétrico + – V i R gerador [fonte] condutor [caminho] carga [consumidor]

sistemas computacionais reativos

sistemas computacionais reativos percepção do ambiente, recebendo estímulos atavés de sensores; e reação aos estímulos, de acordo com o seu comportamento (software), através de atuadores.

plataforma arduino microcontrolador Atmel programação usando Wiring (subconjunto de processing, baseado em C/C++) open-source: evolução da plataforma através de contribuições dos usuários

plataforma arduino - hardware Duemilanove mini lilypad boarduino paperduino mega pro

plataforma arduino - hardware portas 14 entradas/saídas digitais 6 entradas analógicas memória RAM: 1K Flash (programa): 16k – 2k (bootloader) velocidade de processamento: 16MHz

plataforma arduino – hardware

plataforma arduino - instalação driver windows: FTDI Serial USB linux: não precisa instalar nada :-) software é só descompactar e executar

plataforma arduino - instalação Selecionando a placa e a porta serial

plataforma arduino – ambiente área de código área de status e saída serial compilar (verif. programa) parar execução novo abrir salvar enviar programa para placa exibir serial

plataforma arduino – ciclo de vida escrever compilar enviar para placa verificar execução corrigir erros corrigir erros

plataforma arduino – estrutura do sketch

plataforma arduino – linguagem linguagem baseada em C (mas bem mais fácil) comandos básicos pinMode() – define um pino com entrada ou saída digitalWrite() – liga ou desliga uma saída digital delay() – “espera” um determinado tempo

plataforma arduino – linguagem Exemplos pinMode(num_do_pino, OUTPUT); digitalWrite(num_do_pino, valor); valor é LOW ou HIGH (0 ou 1, 0V ou 5V) delay(milisegundos);

plataforma arduino – linguagem constantes LOW | HIGH – indica nível baixo (0V) e alto (5V) nos pinos INPUT | OUTPUT – define se um pino vai ser pino de entrada ou de saída

prática fazer o programa hello arduino, que pisca um led use o pino 13 de saída digital, a placa já possui um led ligado a ele :-)

plataforma arduino – hello arduino

plataforma arduino – linguagem comandos básicos analogWrite() – escreve um valor analógico no pino analogWrite(num_pino, valor); valor entre 0 e 255

eletrônica – modulação PWM a função analogWrite() escreve “pulsos” muito rápidos no pino digital (só funciona nos pinos marcados com PWM). o valor a ser escrito representa o tempo que o pulso fica em nível alto e varia de 0 a 255. quanto mais tempo o pulto permanecer em nível alto, maior é a “tensão média” da saída

plataforma arduino - linguagem variáveis Espaço reservado na memória para armazenamento de valores Variáveis são declaradas de acordo com o tipo de dado a ser armazenado (int, long, char, etc…) tipo nome = valor; Exemplo: int x = 10; int y = 20; int resultado; char vogal = ‘a’; Resultado = x + y;

plataforma arduino – linguagem for for (inicialização; condição; incremento) { //comando(s); } for (int i=0; i <= 255; i++){ analogWrite(PWMpin, i); delay(10); }

eletrônica – protoboard antes disso: Protoboard

eletrônica – protoboard jumpers

antes disso mais um pouco de eletrônica...

eletrônica – resistores oferecem resistência à passagem da corrente elétrica transformam energia elétrica em energia térmica [pode ser usado como atuador] tipos: carvão [carbono] filme fio resistência: fixo variável

eletrônica – resistores valores expressos em ohms o corpo dos resistores possui um código de cores para identificar o valor

prática modificar o programa hello arduino para acender o led com efeito de “fading” (acender gradativamente) dica: use analogWrite() em vez de digitalWrite(), variando os valores escritos, de 0 a 255

prática circuito Figura retirada de http://arduino.cc/

prática esquemático Figura retirada de http://arduino.cc/

prática protoboard Figura retirada de http://www.multilogica-shop.com/Aprendendo/Exemplos/Fading

prática Mãos à obra! modificar o programa hello arduino para acender o led com efeito de “fading” (acender gradativamente) dica: use analogWrite() em vez de digitalWrite(), variando os valores escritos, de 0 a 255

sensores – chave (switch/button) interrompe a passagem da corrente elétrica liga/desliga o circuito sensor de toque esquemático

plataforma arduino – linguagem Comandos digitalRead() – le um pino de entrada Exemplo: int chave = 0; chave = digitalRead(num_do_pino);

plataforma arduino – linguagem if if (variavel == 0) { // faça alguma coisa } if … else if (variavel == 1){ // acao A } else { // acao B }

sensores arduino lê tensões de entrada (e não valores 0 e 1) 5 volts == HIGH (1) 0 volts == LOW (0) sem conexão em um pino, a entrada flutua entre 0 e 5 volts (HIGH e LOW) este resistor é necessário para que o pino seja levado para 0 quando não estiver conectado (chave aberta)

sensores - prática fazer o circuito e o programa para acender o led 13 de acordo com sinal de entrada do pino 2

sensores - prática esquemático Figura retirada de http://arduino.cc/

sensores - prática protoboard Figura retirada de http://arduino.cc/

sensores - prática chave no pino 2 seleciona a saída do LED – “fade” ou “blink”

eletrônica – sinais analógicos e digitais sinal com variação contínua no tempo sinal com variação discreta (valores pré-definidos)

eletrônica – conversão de sinais valor é lido em intervalos regulares de tempo e transformado em um número digital

eletrônica – conversão de sinais vários valores, não só HIGH e LOW. quantiade de valores é a resolução.

eletrônica – conversão de sinais resolução de 8 bits = 256 valores resolução de 16 bits = 65536 valores

eletrônica - resistores Como funciona um resistor variável? no arduino, o valor da tensão é transformado em um valor digital entre 0 e 1023

sensores analógicos – prática ler o valor do resistor variável e ligar um LED se esse valor passar de um determinado limite.

sensores analógicos – prática esquemático Figura retirada de http://arduino.cc/

sensores analógicos – prática circuito Figura retirada de http://arduino.cc/

entrada analógica – prática

comunicação serial – RS232 chip ATMEGA 168 só tem interface serial, não tem USB nossa placa arduino possui um chip que converte Serial para USB usamos o mesmo cabo USB pra enviar dados pro PC via serial

comunicação serial – RS232 o arduino possui uma biblioteca que implementa comunicação serial Serial.begin(); Serial.print(); Serial.read();

comunicação serial – RS232 Leds TX: dados enviados para o PC RX: dados recebidos do PC

comunicação serial - prática “ Hello Arduino” via serial

comunicação serial - prática

eletrônica – resistores LDR resistor variável sensível à luz

eletrônica – resistores LDR resistor variável sensível à luz circuito para arduino porque o resistor de 1k? - para limitar a corrente se o LDR assumir valores muito baixos

comunicação serial - prática ler valores do LDR e enviar via serial

entrada analógica – prática fazer uma “escala de leds” que acendem de acordo com o aumento do valor lido do LDR na entrada analógica.

sensores sonoros microfones transformam ondas sonoras em ondas elétricas a variação de tensão é bem pequena em um microfone de eletreto precisa de circuito para amplificar o sinal e seu valor poder ser lido pelo arduino

sensores sonoros circuito para amplificar o sinal do microfone para o arduino

sensores sonoros já temos o circuito pronto!

sensores sonoros - prática detectar comandos sonoros e acender leds correspondentes dica: medir a tensão de saída do circuito para calibrar o microfone (lembrando que a saída “segura” o valor por 0,5 segundo).

atuadores sonoros Buzzer piezoelétrico formado por cerâmica piezoelétrica e disco metálico ao receber uma tensão o cristal se expande, quando removemos a tensão ele volta

atuadores sonoros Buzzer piezoelétrico 2 fios: preto é negativo e vermelho é positivo aplicando uma tensão variável produz vibração que é traduzida em som

atuadores sonoros - prática programar o arduino para emitir som como ligar o buzzer: fio preto no GND e vermelho no pino de saída desejado podemos ligar um resistor em série para diminuir o volume

atuadores sonoros como programar o arduino para tocar uma nota musical? uma nota musical é um som em uma determinada frequência a frequência de uma nota significa quantas vezes o atuador sonoro vibra em 1 segundo

atuadores sonoros para fazer o atuador vibrar, escrevemos no pino uma sequência de valores HIGH e LOW, tantas vezes por segundo quanto for a frequência da nota o tempo de cada variação HIGH e LOW é chamada de período e é o inverso da frequência baixa frequência alta frequência período período 1 segundo

plataforma arduino - linguagem funções tipoRetorno nome(tipo parametro1, tipo parametro2) { //corpo da fução return variavel_do_mesmo_tipo_de_retorno; } Exemplo: int funcaoSoma(int a, int b) { int resultado = a + b; return resultado; }

plataforma arduino - linguagem arrays conjunto (sequencia) de variáveis do mesmo tipo seus valores são acessados através do índice tipo nome[tamanho] = {lista de valores separados por virgula}; Exemplo: int valores[4] = {100, 200, 300, 400}; char vogais [5] = {‘a’, ‘e’, ‘i’, ‘o’, ‘u’}; int num = valores[2]; int y = 3; int x = valores[y]; char vogal = vogais[y];

atuadores sonoros como programar o arduino para para tocar uma nota musical? timeHigh = periodo / 2 = 1 / (2 * frequência) * nota frequência periodo tempo em nivel alto * c (dó) 261 Hz 3830 1915 * d (ré) 294 Hz 3400 1700 * e (mi) 329 Hz 3038 1519 * f (fá) 349 Hz 2864 1432 * g (sol) 392 Hz 2550 1275 * a (lá) 440 Hz 2272 1136 * b (si) 493 Hz 2028 1014 * C (dó) 523 Hz 1912 956 char notes[] = { 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'a', 'b', 'C' }; int tones[] = { 1915, 1700, 1519, 1432, 1275, 1136, 1014, 956 };

atuadores sonoros - prática programar o arduino para tocar uma nota musical void playTone(int period, int duration) { for (long i = 0; i < duration * 1000L; i += period * 2) { digitalWrite(speakerPin, HIGH); delayMicroseconds(period); digitalWrite(speakerPin, LOW); delayMicroseconds(period); } }

atuadores sonoros - prática tocar uma melodia, baseado na escala de notas abaixo: cdef ff cdcd dd cgfe ee cdef ff

eletrônica – displays de LEDs (7 seg) conjunto de leds organizados de forma a representar numeros e caracteres ligando os leds corretos, representamos numeros catodo comum ou anodo comum

displays de LEDs - prática temporizador digital

displays de LEDs - prática temporizador digital - protoboard

prática final de hoje – luzes e sons montar um “dispositivo” interativo que utilize luz e som como entradas e/ou saídas.

arduino - referencias Lista dos comandos da linguagem em: http://arduino.cc/en/Reference/HomePage Lista dos tutoriais em: http://www.arduino.cc/en/Tutorial/HomePage

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