mc15-introducao ao arduino turma2

09/06/2013

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Introdução ao Arduino

Bruno Silvério Costa

Arduino – O que é? (1)

• É um sistema embarcada de placa única que, juntamente com um conjunto de softwares e frameworks, tornam fácil o desenvolvimento de hardware;

• Definido pelos criadores como “Open Source Electronics Prototyping Plataform”, em português “Plataforma Open Source de Prototipagem Eletrônica”.

Prof. Bruno Silvério Costa

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Arduino – O que é? (2)

• Plataforma possui os seguintes componentes principais:

– Placa base (microcontrolada);

– IDE de desenvolvimento (juntamente com mecanismos para upload de código);

– Framework Arduino;

– Shields de expansão (que implementam funções diversas controladas pela placa)


Preparando o computador

• Primeiramente, é necessário obter a versão mais recente do software, disponível em www.arduino.cc;

• Instalar o software, seguindo as instruções apresentadas em tela;

• Plugar a placa Arduino no computador;

• Caso o driver da placa não seja localizado automaticamente pelo sistema, indicar ao plug and play o caminho C:\Program Files (x86)\Arduino\drivers (Para windows);


http://www.arduino.cc/

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Testando a comunicação

• Abra o software Arduino (atalho disponível no desktop);

• Vá ao Menu File->Examples->1.Basics e escolha o projeto Blink;

• Vá até o menu File->Upload para iniciar o processo de compilação e transferência para a placa;

• Obs.: Pode ocorrer um erro caso a placa não esteja instalada corretamente ou a porta serial virtual escolhida seja inválida.


Placa UNO rev 3


Pinos de I/O 0-1: Porta Serial 2-7: Digital/PWM

Pinos de I/O 8-13: Digital 13: Led

Programação ICP (Chips externos em circuito)

uC atmega328p

uC megaU2 Comunicação USB com o Computador

Botão RESET

Conector USB

Conector de alimentação externa (0-30V)

Pinos de I/O 10-15: Digital/Analógico

Pinos de Alimentação Reset / IOREF

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Microcontroladores AVR (1)

• Chamados de Computadores de Único Chip, os microcontroladores (C) são pequenos computadores com seus respectivos componentes necessários embutidos no mesmo chip;

• Por exemplo, estão incluídos no chip microcontrolador: – Memória RAM (volátil); – Memória EEPROM (persistente); – Unidades de I/O; – Controladores de Barramento;



• Os C AVR seguem a arquitetura de Harvard de processadores, ou seja, possuem memória de dados distinta da memória de programa;

• Suas portas de I/O podem ser programadas como entrada ou saída indistintamente;

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• Para utilização de uma porta qualquer, é necessário indicar qual a porta será trabalhada, qual a direção dos dados (entrada ou saída), realizar um input ou output;

• Exemplo:

– Porta utilizada: Port B

– Direção dos dados: DDRB = saída

– Output: output(PortB, valor)


Conhecendo o Framework (1)

• A programação do Arduino é realizada em linguagem C;

• Existem três sessões básicas disponibilizadas pelo framework no código para a programação: – Área de inclusões / declarações: espaço no código

destinado a declarações de variáveis e include de bibliotecas;

– Função de setup: ajuste das configurações básicas antes da execução propriamente dita:

– Função de loop: conjunto de códigos que são executados ininterruptamente.


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int led = 13;

void setup() {

pinMode(led, OUTPUT);

}

void loop() {

digitalWrite(led, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite(led, LOW);

delay(1000);

}


Área de inclusão/declaração

Função de Setup

Função de Loop


• Compreendendo o código

int led = 13;//det. qual pino será usado

void setup() { //Função de Setup

pinMode(led, OUTPUT);//Determiando que o pino 13 será de saída (OUTPUT)

}

void loop() {//Função de loop

digitalWrite(led, HIGH);//Escrevendo o valor digital HIGH (1) no pino 13

delay(1000);//Aguardando 1000 ms

digitalWrite(led, LOW); //Escrevendo o valor digital LOW (0) no pino 13

delay(1000); //Aguardando 1000 ms

}//retorna para loop


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Comandos Arduino (1)

• O código feito em Arduino segue as diretrizes do Framework, mas é desenvolvido em linguagem C;

• Dessa forma, muitos dos comandos C são válidos para o desenvolvimento em Arduino;

• A seguir serão apresentados os comandos iniciais válidos para o desenvolvimento;



• Não se utiliza a estrutura de programa principal do C. O próprio framework faz o preenchimento.

• Comandos de seleção

– If

– Switch-case

• Comandos de repetição

– For

– While

– Do while


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• Os pinos podem ser: de 1 a 13 e de A0 a A5, conforme apresenta a placa Arduino UNO;

• Comandos de entrada de dados – pinMode(pino, INPUT); – variavel=digitalRead(pino); – variavel=analogRead(pino);

• Comandos de saída de dados – pinMode(pino, OUTPUT); – digitalWrite(pino, HIGH/LOW); – analogWrite(pino, VALOR[0-255]);



• Em alguns momentos, para viabilização da entrada de dados, é necessário configurar resistores de pull-up ou pull-down ligados aos pinos do microcontrolador;


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• Para os microcontroladores AVR, isso pode ser feito diretamente em software;

• O pull-up pode ser feito com o comando:

– digitalWrite(pino, HIGH);

• O pull-down pode ser feito com o comando:

– digitalWrite(pino, LOW);



• Comando de temporização

– delay(tempo_ms);//aguarda um determinado tempo em ms

– millis();// retorna o tempo em ms desde o inicio do sistema


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• Comando de temporização

– delay(tempo_ms);//aguarda um determinado tempo em ms

– millis();// retorna o tempo em ms desde o inicio do sistema



• Operações aritméticas – Funcionam de forma análoga ao C

• A = B + C;

• A = B – C;

• A = B * C;

• A = B / C;

• A = B % C;

– As precedências inerentes às operações funcionam normalmente. É possível a determinação externa através de parentização;


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• Operações aritméticas – Funcionam de forma análoga ao C

• A = B + C;

• A = B – C;

• A = B * C;

• A = B / C;

• A = B % C;

– As precedências inerentes às operações funcionam normalmente. É possível a determinação externa através de parentização;


Exercício 1

• Modifique o código do Projeto Blink para que o led pisque de rápido a lento continuamente;

• Obs.: adote o delay inicial de 10 ms;


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Resposta Exercício 1

int led = 13;

int count =0;

int delay2 = 10;

void setup() {

pinMode(led, OUTPUT);

}

void loop() {

for(int j=1;j<=15;j++)

for(int i=0;i<5;i++)

{

digitalWrite(led, HIGH);

delay(delay2*j);

digitalWrite(led, LOW);

delay(delay2*j);

}

}


PWM (1)

• PWM (Pulse With Modulation) é uma técnica que permite a geração de resultados analógicos partindo de sinais digitais. A média da potência do sinal digital determina o sinal analógico médio;

• Muito utilizado na alteração de brilho de lâmpadas e leds, bem como no controle de motores CC;


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PWM (2)

• Utilizar uma saída digital para valores analógicos, possibilita a conversão do sinal analógico em PWM;

• Por exemplo, pode-se construir um código para o led L de maneira que ele fique com um brilho pulsante. Para isso, basta gerar uma onda senoidal lenta;

• Esse código é visto a seguir:


PWM (3)

int ledPin = 11;//led a pulsar

float sinVal;//valor do seno

int ledVal;//valor a ser escrito no pino 11

void setup(){

pinMode(ledPin, OUTPUT);///pino 11 como saida

}

void loop(){

for(int x=0; x<180; x++){//varia de 0º a 180º

sinVal=(sin(x*(3.14159/180)));//calcula valor do seno

ledVal=int(sinVal*255);//valor entre 0 e 255

analogWrite(ledPin, ledVal);//escreve na porta pwm

delay(20);//aguarda 20 ms

}

}


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Display LCD (1)

• Existem diversos displays LCDs comercializados. Dentre eles o mais comum é o 1602 (16 colunas x 2 linhas);

• O Arduino possui um driver apropriado para tramalhar com uma grande quantidade de displays, bastando configurar a instância do mesmo para o tipo correto a ser trabalhado;

• Utilizaremos o display MGD1602B;


Display LCD (2)


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Display LCD (3)

• É necessário definir inicialmente quais serão os pinos utilizados no Arduino como interface para o display;


Display LCD (4)

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);//pinos a serem usados pelo display no Arduino

int posicao=15;

void setup() {

lcd.begin(16, 2);//Número de colunas x linhas do display

}

void loop() {

lcd.setCursor(0, 0);//Aponta cursor para coluna 0 x linha 0

lcd.print(" ");//Apaga linha

lcd.setCursor(0, 1);//Aponta cursor para coluna 0 x linha 1

lcd.print(" ");//Apaga linha


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Display LCD (5)

for(int i=15;i>=0;i--)//Desliza a string "Display LCD" da direita

para a esquerda no display

{

lcd.setCursor(i, 0);//Aponta cursor para coluna 0 x linha 1

delay(300);//Aguarda 300 ms

lcd.print("Display LCD ");//escreve no display

}

for(int i=0;i<=15;i++)//Preenche progressivamente a linha

inferior com "+"

{

lcd.setCursor(i, 1);//Aponta cursor para coluna 0 x linha 1

delay(100);//Aguarda 100 ms

lcd.print("*");//escreve no display

}

delay(1000);//Aguarda 1000 ms para recomeçar

}


Comunicação Serial

• Determinação da taxa de transmissão/recepção

– Serial.begin(9600);//valor em bps

• Envio de dados

– Seria.print(“String”);//envia uma string sem o caracter de return

– Serial.println(“String”); //envia uma string com o caracter de return


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Teclado Matricial(1)

• Todo teclado funciona como uma grande matriz, onde as teclas correspondem a intersecções entre linhas e colunas;



• De forma análoga ao display, também existe um driver a ser utilizado com o teclado disponível no Arduino;

• Como o driver é genérico, também precisa ser configurado para trabalhar corretamente;

• São utilizados 7 pinos, dos quais, três correspondem às colunas e 4 às linhas;


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#include <Keypad.h> const byte ROWS = 4; //quatro linhas const byte COLS = 3; //três colunas char keys[ROWS][COLS] = { //Define a aparência do teclado {'1','2','3'}, {'4','5','6'}, {'7','8','9'}, {'#','0','*'} }; byte rowPins[ROWS] = {A0, A1, A2, A3}; //conectar aos pinos das linhas do

teclado byte colPins[COLS] = {8, 7, 6}; //conectar aos pinos das colunas do teclado



Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS );//criando instância do teclado

void setup(){ Serial.begin(9600);//Ajustando taxa de comunicação serial } void loop(){ char key = keypad.getKey();//lendo uma tecla if (key != NO_KEY){//caso alguma tecla tenha sido apertada Serial.println(key);//envie qual foi a tecla para o computador } }


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SHIELDs

• Placas de expansão/interface disponibilizadas para Arduino;


Sensores (1)

• Os sensores, de maneira geral, são componentes eletrônicos sensíveis a eventos da natureza;

• Existem sensores para uma grande gama de aplicações. Destacam-se: – Sensores de luminosidade (LDRs, Fototransistores); – Sensores de som (capsulas de eletreto); – Sensores de obstáculos e presença (IR, reflexivos, ultrasônicos,

reed NA); – Sensores de temperatura (RDT); – Sensores de umidade; – Sensores de posição (bússola eletrônica, GPS); – Sensores de movimento (IR, acelerômetro, relè de mercúrio);


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Sensores (2)

• Todos os sensores apontados podem ser utilizados com o Arduino;

• Alguns depende de um conhecimento mais aprofundado de eletrônica;

• Existe uma grande quantidade de sensores disponível em SHIELDs Arduino;


Sensores (3)

• Sensor IR reflexivo

– Identifica obstáculos que reflitam a radiação IR;

– Muito utilizado para dar ao Arduino uma capacidade limitada de “visão”, já que é possível perceber o objeto, sem tocá-lo (pode-se utilizar ultrasom também);


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Sensores (4)


• O sensor oferece uma saída digital, possibilitando seu tratamento facilitado no Arduino, conforme código a seguir: int sensor=2;

digitalWrite(sensor, HIGH); //pull-up

para sensor

pinMode(sensor, INPUT);//pino 2 como

entrada

valor_sensor =

digitalRead(sensor);//leitura do

valor do pino

Servo motores (1)

• Motores CC com circuitos associados, permitindo o controle da movimentação angular do mesmo, além do ganho em torque;

• Servo motores podem ser adaptados para permitir apenas a indicação de sentido (horário, anti-horário) e o estado parado;


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Servo motores (2)

• Para manipulação de servo motores no Arduino, é preciso apenas de um código bastante simples, além da utilização da biblioteca apropriada; #include <Servo.h>

const int parado=90; const int horario=0; const int antihorario=180;

const int pino=2;

Servo motor;

motor.attach(pino);

motor.write(horario);

delay(5000);

motor.write(horario);

delay(5000);

motor.write(parado);

delay(5000);


Robô seguidor de linha (1)

• Desloca-se sobre uma linha preta no solo, convergindo o centro do robô para cima da linha. Muito utilizado na indústria;


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• Interligações:



• Sensor IR reflexivo


Comum (-)

Saída FT Alimentação (+) Led IR

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#include <Servo.h>

const int sensor_dir = 7; // sensor esquerdo

const int sensor_esq = 8; // sensor esquerdo

const int mDir=6;

const int mEsq=5;

const int buzzer=3;

int status_sensor_esq=0;//monitor de mudança de status

int status_sensor_dir=0;//monitor de mudança de status

//Variáveis para acumulação dos valores dos sensores

int s_esq=1, s_dir=1;

//Servo-motores

Servo motorDir;

Servo motorEsq;



int posDir=0;

int posEsq=0;

const int paradoE=86;

const int paradoD=89;

const int frenteE=0;

const int frenteD=179;

const int atrasE=180;

const int atrasD=0;

void aviso_som(){

for (int i=0;i<1;i++){

digitalWrite(buzzer, HIGH);

delay(10);

digitalWrite(buzzer, LOW);

}

}


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int status(){

// Verificando resultado pela porta serial

s_esq = digitalRead(sensor_esq);

s_dir = digitalRead(sensor_dir);

if(status_sensor_esq!=s_esq){

Serial.print("\nSensor Esquerdo=" );

Serial.print(s_esq);

status_sensor_esq=s_esq;

aviso_som();

return 1;

}

if(status_sensor_dir!=s_dir){

Serial.print("\nSensor Direito=" );

Serial.print(s_dir);

status_sensor_dir=s_dir;

aviso_som();

return 1;

}

return 0;

}



void agente_reativo_simples(Servo motor_dir, Servo motor_esq, int sEsq, int sDir){

int sE = digitalRead(sEsq);

int sD = digitalRead(sDir);

int temp=status();

if ((sE==1)&&(sD==1)){

motor_dir.write(paradoD);

motor_esq.write(paradoE);

}else if ((sE==0)&&(sD==0)){

motor_dir.write(frenteD);

motor_esq.write(frenteE);

}else if((sE==0)&&(sD==1)){

motor_dir.write(frenteD);

motor_esq.write(paradoE);

}else if((sE==1)&&(sD==0)){

motor_dir.write(paradoD);

motor_esq.write(frenteE);

}


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void setup() {

// Inicializando a comunicação serial em 9600 bps:

Serial.begin(9600);

digitalWrite(sensor_dir, HIGH); //pull-up para sensor direito

digitalWrite(sensor_esq, HIGH); //pull-up para sensor esquerdo

motorDir.attach(mDir);

motorEsq.attach(mEsq);

}

void loop() {

agente_reativo_simples(motorDir, motorEsq, sensor_esq, sensor_dir);

status();

}


Shield de rede (1)

• Permite a comunicação entre o Arduino e um computador, utilizando para isso o protocolo Ethernet. O Arduino implementa a pilha TCP/IP;


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Shield de rede (2)

#include <SPI.h>

#include <Ethernet.h>

// Enter a MAC address and IP address for your controller below.

// The IP address will be dependent on your local network:

byte mac[] = {

0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };

IPAddress ip(192,168,1,177);

EthernetServer server(80);

void setup() {

// Open serial communications and wait for port to open:

Serial.begin(9600);

while (!Serial) {

; // wait for serial port to connect. Needed for Leonardo only

}

// start the Ethernet connection and the server:

Ethernet.begin(mac, ip);

server.begin();

Serial.print("server is at ");

Serial.println(Ethernet.localIP());

}


Shield de rede (3)

void loop() {

// listen for incoming clients

EthernetClient client = server.available();

if (client) {

Serial.println("new client");

// an http request ends with a blank line

boolean currentLineIsBlank = true;

while (client.connected()) {

if (client.available()) {

char c = client.read();

Serial.write(c);

// if you've gotten to the end of the line (received a newline

// character) and the line is blank, the http request has ended,

// so you can send a reply

if (c == '\n' && currentLineIsBlank) {

// send a standard http response header

client.println("HTTP/1.1 200 OK");

client.println("Content-Type: text/html");

client.println("Connection: close"); // the connection will be closed after completion of the response


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Shield de rede (4)

client.println("Refresh: 5"); // refresh the page automatically every 5 sec

client.println();

client.println("<!DOCTYPE HTML>");

client.println("<html>");

// output the value of each analog input pin

for (int analogChannel = 0; analogChannel < 6; analogChannel++) {

int sensorReading = analogRead(analogChannel);

client.print("analog input ");

client.print(analogChannel);

client.print(" is ");

client.print(sensorReading);

client.println("<br />");

}

client.println("</html>");

break;

}


Shield de rede (5)

if (c == '\n') {

currentLineIsBlank = true; // you're starting a new line

}

else if (c != '\r') {

// you've gotten a character on the current line

currentLineIsBlank = false;

}

}

}

delay(1); // give the web browser time to receive the data

client.stop(); // close the connection:

Serial.println("client disonnected");

}

}


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