GREL(Grupo de robótica Educacional Livre) - IFPB
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O Arduino é originalmente conhecido como uma plataforma de prototipagem eletrônica open-source que se baseia em hardware e software flexíveis e fáceis de usar. É destinado a artistas, designers, hobbistas e qualquer pessoa interessada em criar objetos ou ambientes interativos. A plataforma arduino é formada por um conjunto de funções que são executadas em um ambiente específico para desenvolvimento dos programas. Atualmente existem muitas placas que utilizam estas ferramentas de software, e por isso, são denominada de placas de arduíno. A placa mais conhecida atualmente é a UNO R3, ilustrada na Figura 1.
Figura 1 - Arduino UNO R3
Esta placa pode sentir o estado do ambiente que o cerca por meio da recepção de sinais de sensores e pode interagir com os seus arredores, controlando luzes, motores e outros atuadores. O microcontrolador na placa é programado com a linguagem de programação do Arduino, baseada na linguagem Wiring, e o ambiente de desenvolvimento Arduino, baseado no ambiente Processing. Ao conjunto de funções originais, da linguagem C, que acompanha a plataforma arduino, podem ser adicionadas outras funções que acompanham as bibliotecas das placas de expansão do arduino, conhecidas como shields. . Os projetos desenvolvidos com esta placa do Arduino podem ser autônomos ou podem comunicar-se com um computador para a realização da tarefa, com uso de software específico (ex: Flash, Processing, MaxMSP). Veja mais aqui. Neste texto quando utilizarmos a palavra Arduino estaremos referenciando a todas as placas que são compatíveis com a plataforma IDE do arduino.
Em função da popularização desta plataforma, em especial devido a variedade de placas de expansão, popularmente chamadas de shields, que já são fornecidas com suas respectivas bibliotecas, compatíveis com a plataforma IDE do arduino, a utilização desta ferramenta superou de longe as expectativas dos idealizadores. Percebe-se que gradativamente esta ferramenta vem substituindo seus concorrentes, devido a sua popularização, preço, facilidade de aprendizagem e, principalmente, a ampla diponibilidade de bibliotecas. Na Figura 2 são apresentados alguns equipamentos em que se utiliza o arduíno ou outro microcontrolador equivalente. O arduino é atualmente a entrada para o entusiasta da Internet das Coisas ( Internet of Things).
Figura 2 - Equipamentos microcontrolados
Instalação das ferramentas de softwares envolvidas
As ferrramentas de software envolvidas são formadas pelos drivers da placa para serem vistas pelo sistema operacional e pela IDE ou interface ou ambiente de desenvolvimento, que é formado pelo editor, pelo compilador, pelas bibliotecas básicas e pelos menus de configurações.
Ao conectar a placa do arduino no computador, as novas versões do sistema operacional windows já reconhece automaticamente a placa e estabelece uma porta serial para fazer a comunicação com a placa do arduino. Esta porta pode ser identificada, no windows, no painel de controle, em gerenciador de dispositivos. Se isto não ocorrer o usuário deve baixar a última versão da ferramenta e instalar os drivers, que a acompanha. Os procedimentos necessários podem ser obtidos aqui.
Para a instalção da IDE vá ao site oficial da plataforma arduino e faça download da última versão. Existe a versão para instalação ou um arquivo executável e a versão que funciuona sem instalar. Nesta última versão, basta fazer downlaod de um arquivo compactado e descompactar em uma pasta de seu HD. Neste curso vamos optar pela segunda opção, e vamos baixar uma versão anterior a última versão, a versão 1.6.12, que está disponível na primeira linha deste neste link.
Após fazer o download, crie uma pasta no seu HD, por exemplo d:\arduino, e copie o arquivo compactado para esta pasta e, em seguida, faz a descompactação do arquivo.
Para executar ou entrar na IDE do arduino basta dar dois cliques no arquivo arduino.exe. É interessante que se crie uma atalho desta arquivo para a sua área de trabalho. Pronto, agora é dar dois cliques neste atalho e já estamos na tela principal do arduíno. A Figura 3 ilustra como fica os arquivos após a descompactação, e destaca o arquivo em que se deve dar dois cliques para abrir o programa. Os primeiros passos e uma descrição dos menus da ferramenta são descritos aqui.
Figura 3 - Pasta do arduino
Depois de conectar a placa do arduino no computador, certficar-se que o computador esteja enxergando a placa ou seja com os drivers instalados e ter feito o download da ferramenta de software do arduino, o passo seguinte seria fazer a configuração inicial do ambiente de trabalho da IDE. Vamos fazer um resumo destas etapas, no ambiente da IDE:
Figura 4 - Escolha o modelo de placa do arduíno
Figura 5 - Configuração para compilar e gravar automaticamente no arduino
Atenção!
Devo esclarecer que a partir de 2016 a ferramenta de software arduino passou a ter compatibilidade com uma série de placas disponíveis no mercado. A lista de placas compatíveis com esta ferramenta cresce a cada dia. Desta forma, o conceito de arduino deixa de estar associado ao hardware ou as suas placas originais (UNO, MEGA, NANO, MINI, etc), passando a constituir tão somente uma ferramenta de software. A ferramenta de software arduino continua sendo compatível com suas placas originais, também fabricadas pelos desenvolvedores do arduino, passando a ser compatíveis também com placas de outros fabricantes. Na verdade foram os outros fabricantes de passaram a construir placas para ficaram compatíveis com a ferramenta de software arduino, devido a sua popularidade. Entretanto a ferramenta de software arduino continua mantendo suas características originais de ser multiplataforma, de fácil aprendizagem e com a capacidade de após a compilação, efetuar a gravação na placa, previamente selecionada.
Esta ferramenta está acompanhada de um conjunto de bibliotecas e um conjunto de exemplos prontos. Vamos compilar e gravar no arduino o exemplo Blink, conforme Figura 6. Após abrir o arquivo clique no ícone de compilar e de gravar no arduíno, utilizando as opções do ambiente da IDE, conforme ilustrado na Figura 7.
Figura 6 - Carregando ou lendo o programa blink
Figura 7 - Ambiente de desenvolvimento do arduino
Na Figura 7 encontra-se em destaque as opções de ambiente da plataforma arduino, que em resumo é o seguinte:
Matriz de contatos ou Protoboard
O Protoboard é uma excelente ferramenta para criação rápida de protótipos e circuitos eletrônicos sem a necessidade de soldar componentes. Muito comum nos laboratórios de eletrônica, nas mesas de projetistas e nas bancadas de oficinas de eletrônica. A Protoboard consiste em uma placa didática composta de uma matriz de contatos que permite a construção de circuitos experimentais sem a necessidade de efetuar a solda dos componentes isso permite que seja efetuado uma série de experimentos com os mesmos componentes inserindo ou removendo os mesmos com rapidez e segurança.
Existem vários tamanhos e tipos de Protoboard, mas em geral existem várias linhas horizontais, separadas por um divisor central. Além dessas linhas de condução internas, existem uma ou mais faixas curtas de cada lado da placa. Você pode identificá-las pelos sinais de positivo e negativo. Estas linhas são longas faixas condutivas conectadas no sentido horizontal, usadas normalmente para plugar cabos de alimentação (bateria). Os furos (alvéolos) possuem na sua parte interna (que não pode ser vista) contatos elétricos de metal (grampos), de modo que ao encaixarmos fios ou terminais de componentes, ele é conectado de modo firme ao circuito. Desta forma não é preciso usar solda. Os contatos sob os furos obedecem a uma organização de interligação padronizada. Assim, cada fila vertical de furos está interligada. Isso quer dizer que todos os terminais de componentes que estejam numa mesma fila vertical estarão interligados. A Figura 8 ilustra a as filas de contatos de um Protoboard.
Figura 8 - Matriz de Contatos ou Protoboard
Os motores de corrente contínua (CC) ou motores DC (Direct Current), como também são chamados, são dispositivos que operam aproveitando as forças de atração e repulsão geradas por eletroímãs e imãs permanentes.
Quando ligamos um motor DC a uma bateria, observamos que ele gira numa velocidade constante e em uma única direção. Para alternarmos o sentido de rotação do motor, basta apenas ligar os terminais do motor de forma invertida. Para que essa operação seja feita de forma simples e rápida, utilizamos um controlador de motor(Ponte H).
Controlador de motor(Ponte H L298N)
Este módulo, composto de um chip L298N, controla até 2 motores DC ou 1 motor de passo. Esse módulo é projetado para controlar cargas indutivas como relés, solenóides, motores DC e motores de passo, permitindo o controle não só do sentido de rotação do motor, como também da sua velocidade, utilizando os pinos PWM do Arduino.
Funcionamento do controlador de motor(Ponte H L298N)
A tabela abaixo mostra a ordem de ativação do Motor A através dos pinos IN1 e IN2. O mesmo esquema pode ser aplicado aos pinos IN3 e IN4, que controlam o Motor B:
Primeiro experimento: Girar o motor para frente e para tras
Nesse experimento verificaremos o funcionamento do motor com os seguintes passos:
Utilizando o senguinte esquema de montagem:
Segundo experimento: Girar 2 motores para frente e para tras
Nesse experimento verificaremos o funcionamento de dois motores utilizando os seguintes passos:
Utilizando o senguinte esquema de montagem:
Terceiro experimento : Controlar os motores via Bluetooth
Nesse experimento controlaremos o funcionamento de dois motores utilizando o modulo Bluetooth com a seguinte montagem (sem alimentar o modulo Bluetooth) :
Após inserir o codigo no arduino alimentamos o modulo bluetooth
Então utilizando o aplicativo do GREL podemos controlar seguindo a seguinte rotina :
Quarto experimento : Controlar 4 motores utilizando o modulo Bluetooh adicionando a possibilidade esquerda e direita
Nesse experimento controlaremos o funcionamento de quatro motores utilizando o modulo Bluetooth com a seguinte montagem (sem alimentar o modulo Bluetooth) :
Após inserir o codigo no arduino alimentamos o modulo bluetooth
Então utilizando o aplicativo do GREL podemos controlar seguindo a seguinte rotina :
Quinto experimento: Montar e controlar o carrinho
Agora com a ajudo do monitor do GREL será feira a montagem do carrinho.