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Eletricidade Básica e Arduino

Mauro Lopes Carvalho Silva

Professor EBTT

DAI – Departamento de Informática

Campus Monte Castelo

Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Maranhão

Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período

Programação de Dispositivos Móveis


Objetivos

• Nesta aula iremos apresentar os conceitos básicos

sobre Eletricidade e Arduino. Iremos discorrer um

pouco sobre os elementos básicos que envolvem o

entendimento de corrente elétrica e também sobre

a placa de prototipação Arduino.


• Eletricidade Básica

▪ Carga Elétrica;

▪ Condutores e Isolantes;

▪ Eletricidade;

▪ Corrente Elétrica;

▪ Resistores;

• Arduino

Plano de Aula


• A matéria é formada de

pequenas partículas, os

átomos. Cada átomo, por

sua vez, é constituído de

partículas ainda menores,

no núcleo: os prótons

(positivos) e os nêutrons

(sem carga); na

eletrosfera: os elétrons

(negativos). Às partículas

eletrizadas, elétrons e

prótons, chamamos "carga

elétrica".

Carga Elétrica

Eletricidade Básica


Condutores e Isolantes


• Condutores de eletricidade

São os meios materiais nos quais há facilidade de

movimento de cargas elétricas, devido à presença de

"elétrons livres". Ex: fio de cobre, alumínio, etc.

• Isolantes de eletricidade

São os meios materiais nos quais não há facilidade

de movimento de cargas elétricas. Ex: vidro,

borracha, madeira seca, etc.


Eletricidade


Atomos com mais elétrons que prótons estão carregados negativamente (íon negativo)

Atomos com menos elétronsque 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

NS


Potencial Elétrico


• Consideremos um campo elétrico originado por uma

carga puntiforme Q. Define-se como potencial elétrico

VA , num ponto A desse campo, o trabalho realizado

pela força elétrica, por unidade de carga, para

deslocá-la desse ponto A até o infinito.


Diferença de Potencial


• Graças à força do seu campo eletrostático, uma

carga pode realizar trabalho ao deslocar outra carga

por atração ou repulsão;

• Essa capacidade de realizar trabalho é chamada

potencial;

• Quando uma carga for diferente da outra, haverá

entre elas uma diferença de potencial (ddp).


Diferença de Potencial


cargas negativas

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

diferença de potencial ou tensão.

cargas positivas

V


• Nos metais, os elétrons das últimas camadas sãofracamente ligados a seu núcleo atômico, podendofacilmente locomover-se pelo material. Geralmente,este movimento é aleatório, ou seja, desordenado,não seguindo uma direção privilegiada.

Movimento dos Elétrons



Quando o metal é submetido a uma diferença de

potencial elétrico (ddp), como quando ligado aos

dois pólos de uma pilha ou bateria, os elétrons

livres do metal adquirem um movimento

ordenado.

Movimento dos Elétrons



A esse movimento ordenado de elétrons damos o

nome de corrente elétrica.

Corrente Elétrica


quanto maior a corrente, maior a “quantidade” de elétrons

fluxo de elétrons em um condutor


Intensidade e Medida da Corrente Elétrica


A intensidade de corrente elétrica é dada por:

Onde :

Δq é a quantidade de carga que atravessa a

secção reta do condutor num determinado

intervalo de tempo (Δt).


Tipos de Corrente Elétrica


corrente contínua

corrente alternada


Tipos de Corrente Elétrica


inversão de polaridade no tempo

mesma polaridade no tempo (sentido contínuo)


• As fontes elétricas são fundamentais na compreensão da

eletrodinâmica, pois elas que mantém a diferença de

potencial (ddp) necessária para a manutenção da corrente

elétrica. Num circuito elétrico, a fonte elétrica é

representada pelo símbolo abaixo:

Símbolo de fonte elétrica no circuito.

O pólo positivo (+) representa o terminal cujo potencial

elétrico é maior. O pólo negativo (-) corresponde ao terminal

de menor potencial elétrico.

Fonte Elétrica



• O sistema formado por um fiocondutor com as extremidadesacopladas aos pólos de umgerador é considerado umcircuito elétrico simples, noqual a corrente elétrica se dáatravés do fio.

• No fio condutor os elétrons sedeslocam do pólo negativopara o pólo positivo. Nessedeslocamento há perda deenergia elétrica, devido acolisões dos elétrons com osátomos do material.

Circuito Elétrico Simples



Montagem de um amperímetro num circuito elétrico


Amperímetro

• AMPERÍMETRO é o instrumento que fornece o valor da intensidade da

corrente elétrica;

• Quando a corrente elétrica é muito pequena, o aparelho usado para a

sua medida é o galvanômetro. Trata-se de um aparelho semelhante ao

amperímetro, só que bem mais sensível, com capacidade para efetuar

medições de pequenas correntes elétricas.


• De onde provém o calor fornecido por aparelhos comoferro elétrico, torradeira, chuveiro e secadora elétrica?Por que a lâmpada fica quente depois de acesa?

• Esse aquecimento acontece pela transformação da energiaelétrica em calor, fenômeno denominado efeito Joule,decorrente da colisão de elétrons da corrente comoutras partículas do condutor. Durante a colisão, atransformação de energia elétrica em calor é integral;

• Condutores com essa característica são denominadosresistores.

Resistores



Resistores


propriedade do material condutor em reduzir a passagem dos elétrons

elétrons “se acumulam e batem” no condutor, “dissipando” sua energia(gerando calor)


• A resistência elétrica é uma grandeza característica doresistor, e mede a oposição que seus átomos oferecem àpassagem da corrente elétrica.

• Considere o resistor representado no trecho do circuitoabaixo, onde se aplica uma ddp U e se estabelece umacorrente de intensidade i.

Resistência elétrica e Lei de Ohm



• Define-se como resistência

elétrica R do resistor o

quociente da ddp U

aplicada pela corrente i

que o atravessa.

A unidade de resistência

elétrica no SI é ohm (Ω).

R=U/i => 1 ohm =

1Volt/1ampère

V = R x I

V

R I R = V/II = V/R

Lei de Ohm



• Arduino

– Plataforma de prototipagem eletrônica open source

(hardware e software livres).

– Destinado a qualquer pessoa interessada em criar

objetos ou ambientes interativos.

– Ele pode perceber o ambiente ao seu redor recebendo

em suas entradas uma variedade de sensores e pode

modificar sua vizinhança controlando luzes, motores,

displays, e etc.

– Robusto o suficiente para a maioria das atividades de

robótica livre.

Arduino

Introdução


• Significado do Nome Arduino

– Derivado de um nome de origem germânica, Harduwin

ou Hardwin, composto de hardu "forte, resistente" e

wini "amigo ";

– "Forte“ porque são raros os relatos de quem tenha

queimado um Arduino;

– "Amigo“ porque é simples de mexer e não demanda

muito conhecimento.

Arduino

Introdução


• Origem do Arduino

– Criado na cidade de Ivrea, Itália em 2005;

– Criadores: Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe,

Gianluca Martino e David Mellis.

Arduino

Introdução


• A Placa Arduino Uno

– O Arduino Uno é uma pequena placa de circuito

impresso (6,8 x 5,5 x 1,0 cm) sendo indicada para

criação de protótipos de eletrônica.

– O Arduino Uno possui:

• Porta USB para conexão com o computador,

• Conector jack para alimentação externa,

• Programação simples, preço baixo e fácil manuseio.

Arduino

Arduino


• A Placa Arduino Uno– O Arduino Uno conta com:

• 01 microcontrolador ATmega328P (Atmel),

• 14 entradas e saídas digitais,

• 6 entradas analógicas,

• 1 oscilador de cristal de 16 MHz e

• pinos de alimentação com 3,3 V, 5 V e Terra (GND).

Arduino

Arduino


Microcon-troladorATMEGA 328P

Arduino Uno

Arduino


Portas Digitais

Portas Analógicasground (terra)

ground (terra)

Arduino


Conexão USB

Conexão Energia Externa

Botão Reset

Arduino


Vista de cima

Vista de baixo

Cabo USB

Software de programação

Arduino

Arduino: Hardware + Software + Conexão


Microcontrolador ATmega328

Tensão de funcionamento 5V

Tensão de entrada (recomendado) 7-12V

Tensão de entrada (limites) 6-20V

Pinos de entra Digital (I O) 14 (dos quais 6 oferecem saída PWM)

Pinos de entrada analógica 6

Corrente DC por pinos (IO) 40 mA

Corrente DC para 3.3V Pin 50 mA

Memória Flash

32 KB ( ATmega328 ), dos quais 0,5 KB

utilizados pelo carregador de

inicialização

RAM 2 KB ( ATmega328 )

EPROM 1 KB ( ATmega328 )

Velocidade do relógio 16 MHz

Arduino

Arduino Uno


• Hardware Básico

– 14 entradas/saídas digitais;

• Desligado/Ligado, 0/5 V ou LOW/HIGH.

Arduino

Arduino



– 6 entradas analógica;

• Sinais de sensores com valores de 0 a 5 V;

• Conversor de 10 bits com valores de 0 a 1.023;

Arduino

Arduino



– Comunicação Serial

• RX (pino 0);

• TX (pino 1);

Arduino

Arduino


• Software

– O Arduino é programado por meio de uma:

• Linguagem própria, baseada em Wiring;

• Interface de desenvolvimento próprio, baseado em Processing;

• Pode ser utilizada em vários sistemas operacionais.

Arduino

Arduino


Eletricidade é um fluxo (deslocamento) de elétrons por

um material bom condutor.

• Tensão ou voltagem (V) = a diferença de potencial

(ddp) entre dois pontos de um condutor. É medido em

V(volts).

• Corrente (i) = a quantidade de elétrons que passa por

segundo, num segmento do condutor. É medida em A

(amperes).

• Resistência (R) = a dificuldade oferecida pelo material

à passagem da corrente elétrica. É medida em Ω

(ohms).

Eletricidade Básica (Revisão)

Arduino


Arduino

Lei de Ohm


• Para conectar um LED no Arduino, necessitamos associá-loa um resistor para que a tensão de trabalho (5V) doArduino produza a corrente mais aproximada possíveldaquela suportada pelo LED para que este não queime.

LED Tensão Corrente

Vermelho e

infravermelho

1,8 V 15mA =

0,015A

Verde, amarelo e

laranja

2,1 V 20 a 25 mA

Azul e branco 2,7 V a

4,2 V

15 a 30 mA

• Cada LED tem uma resistência

interna. A condição ideal de

trabalho são para os seguintes

valores aproximados de tensão e

corrente (i):

Aplicação da Lei de Ohm

Arduino


• O LED (Light Emitting Diode), por ser um

diodo e não uma lâmpada, deixa passar a

corrente num único sentido.

• O LED RGB emite,

numa mesma peça,

as cores vermelho,

verde e azul e tem o

formato à direita:

LED

Arduino


Imagem extraída de http://www.eletronicadidatica.com.br/

• Resistores limitam a

passagem de corrente

elétrica, impedindo que

alguns componentes

venham a ser danificados

por excesso de tensão

elétrica.Resistor de carvão(Resistor de valor fixo)

Potenciômetro(Resistor variável)

Resistores

Arduino


• Testes devem ser realizados numa placa de

prototipagem onde os componentes são fixados sem a

necessidade de solda.

Internamente, a placa tem comunicação

metálica conforme esquema acima.

Protoboard

Arduino


Dúvidas

Página do Professor Mauro:http://www.dai.ifma.edu.br/~mlcsilva


Próxima Aula

• Programando o Arduino Uno


Referências

• Arduino em Ação – Martin Evans, Joshua Noble,

Jordan Hochenbaum, São Paulo: Novatec, 2014.

• Slides:• Arduino e suas funcionalidades , Maria Ines Castilho;

• Eletrônica x Eletrotécnica

• Arduino completo, Tiago Barros

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