técnicas de prototipação ii - physical computing - aula 01

técnicas de prototipação II computação física – Aula 01

Tiago Barros | tiago@tiagobarros.org

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técnicas de prototipação IIcomputação física – Aula 01

• computação física

• interação• suporte computacional

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técnicas de prototipação IIcomputação física – Aula 01

• conceitos básicos de eletricidade

• condutores e isolantes• corrente elétrica• tensão elétrica• resistência• lei de ohm• circuito elétrico

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técnicas de prototipação IIcomputação física – Aula 01

• sistemas computacionais• plataforma arduino• conceitos básicos de eletrônica• componentes eletrônicos • sensores e atuadores

computação física

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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

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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

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computação física - filosofia

em vez de aprender a tecnologia, aprender a usar a tecnologia

como meio…

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computação física

como vemos oscomputadores?

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computação física

• teclado

• mouse

• monitor

• CPU

• caixas de som

como vemos os computadores?

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computação física

como os computadores nos veem?

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computação física

• dedos [teclado/mouse]

• olho [monitor]

• duas orelhas [caixas de som]

reflexo das entradas e saídas do computador

como os computadores nos veem?

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computação física

“mudar a forma que os computadores nos

veem mudará como eles interagem

conosco”Tom Igoe – Physical Computing

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computação física

...através de elementos físicos de interação mais adequados às interfaces humanas

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computação física

o que precisamos para isso:

aprender sobre computadores?

aprender a usar computadores?

aprender a usar computação para prototipar interações

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Perguntas

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mas antes da computação..

.

conceitos básicos de eletricidade

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eletricidade

eletricidade - interação entre partículas atômicas

universo formado de átomos

partículas atômicas:

prótons: cargas positivas

elétrons: cargas negativas

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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”

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eletricidade

cargas iguais se repelem

cargas opostas se atraem

cargas em movimento geram campo magnético

campo magnético em movimento gera corrente elétrica

NS

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eletricidade – condutores e isolantes

isolante – evita a passagem de elétrons

condutor – permite o fluxo de elétrons

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eletricidade – diferença de potencial (v)

cargas negativas

quanto maior a tensão, mais “força” teem os elétrons

diferença de potencial ou tensão.

cargas positivas

V

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eletricidade – corrente elétrica (i)

quanto maior a corrente, maior a “quantidade” de

elétrons

fluxo de elétrons em um condutor

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eletricidade – tipos de corrente elétrica

corrente contínua

corrente alternada

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eletricidade – tipos de corrente elétrica

inversão de polaridade no tempo

mesma polaridade no tempo (sentido continuo)

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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)

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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

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eletricidade – circuito elétrico

+

–

V

i

Rgerador[fonte]

condutor[caminho]

carga[consumidor]

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e agora, computação..

.

sistemas computacionais reativos

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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

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plataforma arduino

• microcontrolador Atmel

• programação usando Wiring (subconjunto de processing, baseado em C/C++)

• open-source: evolução da plataforma através de contribuições dos usuários

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plataforma arduino - hardware

Duemilanovemini

lilypad

boarduino

paperduino megapro

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plataforma arduino - hardware

• portas• 14 entradas/saídas digitais • 6 entradas analógicas

• memória• RAM: 1K• Flash (programa): 16k – 2k (bootloader)

• velocidade de processamento: 16MHz

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plataforma arduino – hardware

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plataforma arduino - instalação

• driver windows: FTDI Serial USB linux: não precisa instalar nada :-)

• software é só descompactar e executar

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plataforma arduino - instalação

• Selecionando a placa e a porta serial

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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

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plataforma arduino – ciclo de vida

escrever

compilar

enviar para placa

verificar execução

corrigir erros

corrigir erros

atuadores

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plataforma arduino – estrutura do sketch

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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

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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);

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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

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atividade prática!

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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 :-)

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plataforma arduino – hello arduino

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Perguntas

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plataforma arduino – linguagem

• comandos básicos

• analogWrite() – escreve um valor analógico no pino

• analogWrite(num_pino, valor); valor entre 0 e 255

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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

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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;

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plataforma arduino – linguagem

• for

for (inicialização; condição; incremento) { //comando(s); }

for (int i=0; i <= 255; i++){ analogWrite(PWMpin, i); delay(10); }

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mais prática!

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eletrônica – protoboard

• antes disso: • Protoboard

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eletrônica – protoboard

• jumpers

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antes dissomais um pouco de eletrônica...

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eletrônica – resistores

oferecem resistência à passagem da corrente elétrica

transformam energia elétrica em energia térmica[pode ser usado como atuador]

tipos:

carvão [carbono]

filmefio

resistência:

fixovariável

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eletrônica – resistores

valores expressos em ohms

o corpo dos resistores possui um código de cores para identificar o valor

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agora sim, prática!

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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

75

prática

• circuito

Figura retirada de http://arduino.cc/

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prática

• esquemático

Figura retirada de http://arduino.cc/

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prática

• protoboard

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

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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

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Perguntas

sensores

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sensores – chave (switch/button)

• interrompe a passagem da corrente elétrica• liga/desliga o circuito• sensor de toque

esquemático

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plataforma arduino – linguagem

• Comandos• digitalRead() – le um pino de entrada

• Exemplo:• int chave = 0;• chave = digitalRead(num_do_pino);

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plataforma arduino – linguagem

• ifif (variavel == 0) { // faça alguma coisa }

• if … elseif (variavel == 1){ // acao A } else { // acao B

}

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sensores

arduino lê tensões de

entrada (e não valores 0 e 1)

5 volts == HIGH (1)0 volts == LOW (0)

sem conexão em umpino, a entrada flutuaentre 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)

85

atividade prática!

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sensores - prática

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

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sensores - prática

• esquemático

Figura retirada de http://arduino.cc/

88

sensores - prática

• protoboard

Figura retirada de http://arduino.cc/

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sensores - prática

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atividade prática!

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sensores - prática

• chave no pino 2 seleciona a saída do LED – “fade” ou “blink”

92

Perguntas

93

voltando à eletrônica...

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eletrônica – sinais analógicos e digitais

sinal com variação contínua no tempo

sinal com variação discreta (valores pré-definidos)

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eletrônica – conversão de sinais

valor é lido em intervalos regulares de tempo e transformado em um número digital

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eletrônica – conversão de sinais

vários valores, não só HIGH e LOW. quantiade de valores é a resolução.

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eletrônica – conversão de sinais

resolução de 8 bits = 256 valoresresolução de 16 bits = 65536 valores

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eletrônica - resistores

• Como funciona um resistor variável?

• no arduino, o valor da tensão é transformado em um valor digital entre 0 e 1023

99

atividade prática!

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sensores analógicos – prática

• ler o valor do resistor variável e ligar um LED se esse valor passar de um determinado limite.

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sensores analógicos – prática

• esquemático

Figura retirada de http://arduino.cc/

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sensores analógicos – prática

• circuito

Figura retirada de http://arduino.cc/

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entrada analógica – prática

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eletrônica – resistores LDR

• resistor variável sensível à luz

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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

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atividade prática!

107

entrada analógica – prática

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

108

Perguntas

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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