RASPBERRY PI: UM CONTEXTO EDUCACIONAL E PROFISSIONAL

SANTOS, Ícaro Bernardo dosFaculdade Municipal Professor Franco Montoro (FMPFM)

icarobpx@br.ibm.com

CANATO, Robson Leandro CarvalhoFaculdade Municipal Professor Franco Montoro (FMPFM)

canato.fmpfm@gmail.com

RESUMO: Devido ao atual cenário econômico global e o avanço tecnológico, se fez necessário que as empresas lançassem no mercado produtos e serviços de qualidade com um custo reduzido para assim atender a população como um todo. Em vista disso, programadores e desenvolvedores americanos instituíram a Fundação Raspberry com o intuito de facilitar o aprendizado em programação e assim aumentar o número de pessoas interessadas neste assunto. Para isso, desenvolveram um hardware com custo acessível capaz de ensinar e automatizar projetos nas mais diversas áreas, tais como: educacional, robótica, entretenimento, entre outros, cada vez mais em evidência na era da Internet das Coisas (IoT). Este artigo expõe as principais características do hardware, softwares, aplicações e algumas desvantagens do Raspberry Pi.PALAVRAS-CHAVE: Raspberry, programação, automação, educação, entretenimento.

ABSTRACT: Due to the current global economic scenario and the technological advance, it was necessary for companies to launch quality products and services at a reduced cost in order to serve the population as a whole. In view of this, US programmers and developers have instituted the Raspberry Foundation in order to facilitate programming learning and thus increase the number of people interested in this subject. To do this, they have developed affordable hardware capable of teaching and automating projects in a wide range of areas, such as: educational, robotics, entertainment, and more and more in the Internet of Things (IoT) era. This article discusses the hardware features, software and applications used and some disadvantages of Raspberry Pi.KEYWORDS: Raspberry, programming, automation, education, entertainment.

1. INTRODUÇÃOA ideia inicial dos criadores do Raspberry Pi, EbenUpton, Rob Mullins, Alan

Mycroft, membros do Laboratório de Computação da Universidade de Cambridge, Jack Lang, palestrante da área de empreendedorismo, Pete Lomas, professor com profundo conhecimento em hardware e David Braben, desenvolvedor de games, era despertar o interesse de novos estudantes na área de ciência da computação e promover o ensino de programação com custo relativamente baixo comparado à computadores, afinal, em meados dos anos 2000 o número de alunos que frequentavam os laboratórios estava em declínio. Então, eles desenvolveram uma placa do tamanho de um cartão de crédito capaz de programar, reproduzir vídeos em alta resolução, navegar na web, editar textos e outras coisas que um desktop é capaz de fazer, para ser distribuída de forma gratuita a jovens do ensino médio. “Aqueles que fizeram algo interessante seriam os que estaríamos interessados em ter no programa.” – completou o PhD da computação Eben Upton (2012, p. 13).

Segundo Upton (2012, p. 14), “o nome Raspberry (framboesa) foi dado pela longa tradição de nomes de frutas em companhias de computação.” Por exemplo, a Apple (maçã), criada por Steve Jobs, Steve Wozniak e Ronald Wayne, que desenvolve desde celulares, notebooks e softwares até o mais recente projeto da empresa que é

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um veículo autônomo; Tangerine (tangerina) Computer Systems, empresa britânica de microcomputadores fundada por Paul Johnson, Mark Rainer e Nigel Penton e a Apricot (damasco) Computers, empresa de computadores pessoais, também fundada na Inglaterra. Já o Pi é faz referência a Python, uma linguagem de programação, que inicialmente seria a única a ser utilizada no microcomputador. O Raspberry Pi possibilita uma infinidade de aplicações. O objetivo deste artigo é apresentar as principais características do hardware, softwares, a aplicabilidade em um contexto educacional e profissional, bem como algumas desvantagens do microcomputador Raspberry Pi.

2. O microcomputador Raspberry PiConsiderado o menor computador pessoal do mundo, o Raspberry Pi possui o

tamanho de um cartão de crédito, que pode ser conectado a um monitor de computador ou TV. A interação com o microcomputador pode ser realizada através do uso de um teclado e mouse padrão. Praticamente é possível fazer tudo o que você faria com um computador desktop convencional, utilizando o microcomputador Raspberry Pi, com a vantagem de um custo reduzido.

2.1 HardwareTodo o hardware do Raspberry Pi é integrado em uma única placa que dispõe

em todos os modelos de uma porta microUSB que é usada como entrada de energia, exceto o modelo RPi Zero que possui duas portas microUSB, sendo que uma delas é utilizada como entrada de energia e a outra para uso geral. Outra observação é que “Model A” faz referência aos modelos iniciais, portanto, não possuem tantos recursos quanto o “Model B”. O símbolo “+” corresponde a uma revisão da versão original e o modelo Zero é o microcomputador que apresenta o menor custo. A Tabela 1 a seguir, ilustra as principais características dos modelos mais utilizados no mundo:

Tabela 1 – Principais características dos modelos mais utilizados no mundo.

RPi 1 Model B+

RPi 1 Model A+

RPi 2 Model B RPi Zero RPi 3

Model BLançamento jul/14 Nov/14 fev/15 Nov/15 mar/16

Processador Broadcom700MHz

Broadcom700MHz

Broadcom900MHz

Broadcom1GHz

Broadcom1.2GHz

Memória RAM 512 MB 256 MB 1 GB 1 GB 1 GBSlot microSD Sim Sim Sim Sim Sim

Áudio P2 Sim Sim Sim Não SimHDMI Sim Sim Sim MicroHDMI Sim

Ethernet Sim Não Sim Não SimBluetooth Não Não Não Não Sim

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MicroUSB 1 porta 1 porta 1 porta 2 microUSB 1 porta

Interface p/ câmera e tela Sim Sim Sim Não Sim

Interface GPIO Sim Sim Sim Não Sim

Fonte: Autor, 2017.

De acordo com a Tabela 1 apresentada anteriormente, podemos notar que o RPi está em uma constante evolução, dado que suas atualizações e modificações de hardware são frequentes, sempre visando atender um público diversificado, tal como o RPi Zero voltado para crianças do ensino fundamental e o RPi 3 B que é utilizado por programadores na área de robótica. Com relação ao custo médio do microcomputador, os valores das placas variam de US$ 5 (RPi Zero) a US$ 35 (RPi 3 B), o que reafirma o compromisso e propósito inicial dos criadores do microcomputador de incentivar o desenvolvimento e programação a um baixo custo.

A Figura 1 a seguir, apresenta os principais componentes da mais recente placa RPi, lançada pela fundação, o modelo 3 B. Tendo como principais vantagens sobre o Raspberry Pi 2 o Bluetooth, Wi-Fi e maior poder de processamento de CPU/GPU. A Tabela 2, resume os principais componentes do microcomputador Raspberry Pi modelo 3 B.

Figura 1 – Raspberry Pi Model 3 B.Fonte (adaptada): https://www.Raspberry Pi.org.

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Tabela 2 – Principais componentes do Raspberry Pi 3 B.

1 - Saída de áudio P2 8 - Pinos de entrada e saída GPIO2 - Conector serial da câmera 9 - Controlador USBs e Ethernet3 - Saída HDMI 10 - 2x portas USBs 2.04 - Porta micro USB (carregamento) 11 - 2x portas USBs 2.05 - LEDs de status do Raspberry Pi 12 - Saída Ethernet6 - Conector serial do display 13 - Slot para cartão microSD7 - Processador e memória RAM

Fonte: Autor, 2017.

2.2 Sistema OperacionalDiferente dos desktops e dispositivos móveis que utilizam um sistema

operacional “fechado” como o Microsoft Windows, Apple OS X e iOS, onde o código fonte é mantido em sigilo e não permite que os usuários vejam a construção (estruturação dos dados) ou façam alterações, o RPi utiliza o Linux, um sistema operacional “open source”. O conceito de open source consiste na iniciativa de promover e apoiar a criação de software livre, ou seja, com código aberto. Essa iniciativa surgiu em 1984 com Richard Stallman, um investigador do Instituto de Tecnologia de Massachussets - MIT, com a criação do projeto GNU, cujo objetivo era o desenvolvimento de Softwares de código aberto. Em 1998, Eric S. Raymond, Bruce Perens, entre outros, criaram o movimento Open Source Initiative (OSI), uma organização com o objetivo de promover o software de código aberto ou software livre. É válido ressaltar que, na maioria das vezes, os termos software livre e open source são usados como sinônimos e que, apesar de um programa ter seu código fonte livre ou open source, não necessariamente ele seja gratuito. Existem diversas justificativas que favorecem ou incentivam a utilização deste tipo de software, seja para uso pessoal ou comercial, e provavelmente a mais forte, seja a de possibilitar que os seus usuários possam estudar e modificar o código fonte, adequando-os as suas necessidades, aumentando assim, as possibilidades de inovações e melhorias dos mesmos.

Desenvolvido por uma pequena comunidade de fãs do hardware Raspberry Pi, o Raspbian é baseado na versão Debian do Linux e por sua instalação ser simples e fácil de ser utilizada, aparece como o sistema operacional mais usado no microcomputador. Ele é personalizado ao RPi dado que a maioria dos projetos e tutoriais utilizam sua base de dados. Assim como nos desktops, o Raspbian utiliza um ambiente de trabalho leve e rápido, o LXDE (Lightweight X11 Desktop Environment) que é bem amigável ao usuário por ter um menu inicial que centraliza e mostra os programas instalados, apesar de ter a interface de linhas de comando utilizadas no Linux para programar no Raspberry Pi.

Outra opção de sistema operacional é o Windows 10 IoT Core, que foi disponibilizado pela Microsoft em meados de 2015 e foi atualizado recentemente –(abril 2017) para os modelos RPi 2 e RPi 3. Apesar de ser mais simples que o sistema operacional utilizado nos computadores, ele é gratuito e possui o assistente pessoal do Windows 10, o Cortana. Para manuseá-lo, primeiramente é necessário fazer o download do Windows 10 IoT Core em um desktop e após instalá-lo no cartão microSD seguindo o passo a passo disponibilizado pela fabricante, deve-se inserir o cartão de memória no Raspberry Pi, e em seguida, por a "mão na massa", escolhendo um projeto ou aplicação conforme sua necessidade.

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2.3 Linguagem de ProgramaçãoPython, como a redução do Pi em Raspberry Pi, foi a linguagem de

programação pensada para o microcomputador no início do desenvolvimento como única linguagem disponível na plataforma. Criada no final da década de 80 pelo holandês Guido van Rossum no Instituto de Pesquisa em Matemática e Ciência da Computação (CWI – Centrum Wiskunde & Informatica) localizado em Amsterdã, a linguagem Python, tornou-se popular devido à sua simplicidade e clareza. Classificada como linguagem de alto nível, por ser intuitiva e próxima da linguagem do ser humano, facilitando a sua leitura e interpretação, Python difere-se das linguagens de baixo nível, que são mais próximas da linguagem de máquina. Dessa forma, Python torna-se interessante como uma primeira linguagem de programação que, apesar de ser simples, é muito poderosa, sendo amplamente usada no desenvolvimento de grandes projetos. Além disso, Python é um software livre e pode ser utilizado gratuitamente. Apesar de Python ser recomendada para fins de aprendizado e desenvolvimento, existem diversas outras opções de linguagens de programação que podem ser exploradas no Raspberry Pi, inclusive para os mesmos fins.

2.4 Emulando o Raspberry PiPara aqueles que ainda não possuem o Raspberry, é possível fazer o uso de

um emulador (software que permite a reprodução de um determinado ambiente). Um dos emuladores disponíveis para essa finalidade é o QEMU. QEMU é um emulador genérico de código open source que permite emulação do Raspberry Pi. Com ele, é possível executar comandos em uma janela de terminal ou até mesmo usando uma interface gráfica. Um dos inconvenientes, é que, por ser um emulador, é normal notar um ambiente mais lento que o original. A Figura 2 a seguir, ilustra o ambiente de emulação do Raspberry realizado através do QEMU.

Figura 2: Ambiente de desenvolvimento integrado emulado no QEMUFonte: Autor (2017)

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3. Arduino o microcontrolador O Arduino foi criado em 2005 por Massimo Banzi e David Cuartielles no

Interaction Design Institute no norte da Itália. Assim como no RPi, o objetivo dos criadores do Arduino era desenvolver um hardware de baixo custo e de fácil manuseio para que pessoas sem experiência em eletrônica e programação pudessem adentrar-se nesse mundo. Ele é um microcontrolador de hardware livre, isto é, pode ser modificado e melhorado conforme as necessidades do usuário, derivando sempre do hardware inicial. Por ser um microcontrolador, ele não possui sistema operacional embarcado, isto é, um sistema operacional nativo e sim um ambiente de desenvolvimento integrado, o IDE Arduino, um software livre que quando conectado via USB em um microcomputador, permite o programador escrever um conjunto de instruções (sketch) na linguagem C/C++, que é uma das linguagens compreendidas pelo hardware, e em seguida, fazer o upload para o Arduino que executará as instruções dadas anteriormente. A Figura3 a seguir, apresenta os componentes da revisão 3 do microcontrolador Arduino Uno. Na Tabela 3, podemos observar os detalhes dos componentes dessa revisão.

Figura 3 – Arduino Uno.Fonte (adaptada): https://www.arduino.cc.

Tabela 3 – Componentes do Arduino Uno.

1 - Entrada fonte externa 7V a 12V 7 - LED on/off do Arduino2 - Saída USB 8 - Interface ICSP3 - Botão reset 9 – Microcontrolador Atmel Atmega 328p4 - Controlador USB/computador 10 - Pinos analógicos5 - LEDs de status 11 - Pinos de alimentação input/output6 - Pinos digitais

Fonte: Autor, 2017.

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4. Raspberry Pi x ArduinoComo citado anteriormente, o Arduino é um microcontrolador que não possui

sistema operacional e por isso, em diversos projetos, necessita utilizar o IDE Arduino rodando em um computador para que possa executar as instruções dadas pelo programador, portanto existem vários projetos com a combinação do Arduino (microcontrolador) e o Raspberry Pi (microcomputador). O primeiro realiza tarefas repetitivas, como o ligar e desligar de LEDs, controle de sensores e atuadores e por isso, consome pouca energia. Pode-se dizer que ele faz o “trabalho bruto”. O Raspberry Pi que ordena o que tem que ser feito, seria o “cérebro” do projeto, dado que ele é capaz de realizar processamento, resolvendo cálculos matemáticos complexos, manipulando imagens, criptografando arquivos e dados, o que faz com que o seu consumo de energia seja naturalmente maior.

5. Aplicações do Raspberry PiProvavelmente, o maior atrativo do microcomputador Raspberry Pi é possibilitar

a sua aplicação em uma infinidade de projetos a um custo relativamente baixo e conveniente em comparação a computação tradicional. Ele pode ser aplicado nos mais diversos projetos, que na maioria das vezes, só depende do conhecimento e capacidade dos seus usuários. Aplicações nas áreas de automação residencial, educação, entretenimento, medicina e robótica, são cada vez mais comuns na era da Internet das coisas (IoT).

5.1 Internet das Coisas (IoT)Um assunto que está em alta desde o começo do século XXI é a IoT Internet of

Things (Internet das Coisas), no qual objetos usados diariamente pelas pessoas como, eletrodomésticos, eletroeletrônicos, sistemas multimídias veiculares, wearables (tecnologia vestível) conectam entre si e transmitem dados via internet sempre buscando auxiliar o ser humano. Por exemplo, geladeiras que avisam quando um determinado produto está acabando ou já acabou, informando ao proprietário e fazendo a compra pela web. Carros com assistentes pessoais, auxiliando o motorista com o melhor trajeto e o melhor preço do combustível. Relógios e smartphones monitorando os movimentos, os passos e calculando as calorias perdidas pelo usuário.

5.2 Automação residencialAtravés desta tecnologia, pode-se pensar em vários projetos com diversas

utilizações, e a automação residencial é uma delas. Executando as tarefas de um servidor, o Raspberry Pi, recebe as requisições de seus “clientes”, smartphones, computadores e até mesmo gestos corporais, que funcionam como uma espécie de controle remoto, onde o usuário opta por acender e apagar lâmpadas, pode abrir e fechar o portão de sua casa, consegue ligar e desligar aparelhos eletroeletrônicos como televisores, micro systems e cafeteiras, por exemplo. Tudo isso só é possível através de protocolos de rede, sensores e claro, o microcomputador Raspberry Pi. A Figura 4 a seguir, ilustra uma aplicação de automação residencial.

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Figura 4 – Exemplo de automação residencial.Fonte: Autor, 2017.

5.3 EducaçãoOutra linguagem de programação muito utilizada, mas voltada a educação de

crianças e jovens é o Scratch, um software simples e intuitivo, dado que não exige conhecimento prévio, e pode ser manipulado por crianças a partir dos oito anos de idade, contudo, esta poderosa ferramenta já chegou até aos universitários. Trata-se de um software gratuito que roda nos principais e mais usados sistemas operacionais, tais como Windows, Linux e OS X e foi desenvolvido em 2007 por Mitchel Resnick no Massachusetts Institute of Technology (MIT).

A construção de programas nele é bem simples já que se baseia em blocos. Na interface do Scratch há blocos com comandos variados e os novos programadores apenas encaixam uns aos outros criando assim animações em tempo real, semelhante aos brinquedos de blocos Lego. Mais um atrativo para as crianças é que diferente de outras linguagens de programação, o Scratch mescla imagens, sons e outras mídias aflorando assim a imaginação delas. A Figura 5 a seguir, ilustra o uso do Scratch sendo executado em um microcomputador Raspberry Pi. A Tabela 4 detalha os principais comandos utilizados no Scratch.

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Figura 5 – Interface do Scratch.Fonte: Autor, 2017.

Tabela 4 – Informações da interface do Scratch.

1 - Categorias de comando 5 - Tela de criação e execução do script2 - Opções de mídias 6 - Tela dos objetos utilizados no script3 - Botões de edição de objetos 7 - Tela de edição e conexão de scripts4 - Botões de iniciar e parar scripts 8 - Blocos de comandos

Fonte: Autor, 2017.

5.4 EntretenimentoComo citado anteriormente, o Raspberry Pi pode ser manipulado por pessoas

de todas as idades, sendo assim, jovens e adultos aficionados em games conseguem “recriar” seus jogos preferidos (a maioria deles são de consoles antigos, como SEGA, Mega Drive e Nintendo 64) utilizando o RPi. Para que isso seja possível, necessitam de uma fonte de 5V, um teclado padrão USB, um cartão microSD, cabo HDMI, um monitor e um controle com tecnologia Bluetooth (ou com cabo USB). O usuário apenas copia os jogos do desktop para o cartão microSD e em seguida os insere no RPi. Contudo, alguns usuários vão mais além e “recriam” o famoso fliperama com jogos como, Street Fighter, Mario, Pacman entre outros, com monitores de tubo, botões, joysticks e tudo mais que lembram as antigas máquinas de diversão, como mostra a Figura 6 a seguir.

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Figura 6 – Fliperama com Raspberry Pi.Fonte: https://paulstamatiou.com/getting-started-raspberry-pi.

5.5 MedicinaNa medicina não é diferente. Com o auxílio de wearables e da IoT, consegue-

se mapear e monitorar a frequência cardíaca, respiração e temperatura de pacientes através de sensores usáveis, como relógios, pulseiras e camisetas conectados via tecnologia Bluetooth à placa RaspberryPi, que neste caso, atua como um servidor, isto é, recebe os dados dos sensores via Bluetooth e os envia para web onde qualquer pessoa em qualquer lugar do mundo com acesso a internet pode acessar essas informações, principalmente os médicos e parentes do paciente. Quando algum destes índices está anormal, imediatamente é enviado um alerta para o profissional de medicina que mesmo distante pode analisar qual a melhor ação a ser tomada na ocasião. A Figura 7 a seguir, ilustra um exemplo de aplicação do Raspberry Pi e IoT na medicina.

Figura 7 – Exemplo de wearables com IoT na medicina.Fonte: Autor, 2017.

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6. DesvantagensApesar de poder ser melhorado com mais saídas USB's, por exemplo, o

Raspberry Pi tem seu processador e memória RAM soldados a placa, o que impossibilita um upgrade nestes dois componentes. Uma alternativa seria conectar outro Raspberry Pi, no entanto, o valor seria duplicado já que seriam necessárias duas placas.

A segurança é outro ponto a ser destacado. Diferente de computadores que exigem que configurações iniciais sejam feitas pelo usuário, nos dispositivos de IoT não se faz necessário, deixando logins e senhas padrão dos fabricantes, portanto se o usuário não ficar atento, a invasão de crackers (pessoas maliciosas com profundo conhecimento em informática) pode ser frequente.

7. ConclusãoO Raspberry Pi sem dúvidas é um hardware interessante, já que proporciona

diversas experiências tanto educacionais quanto profissionais. Na educação, por exemplo, ele auxilia professores em uma difícil tarefa: a iniciação em programação, bem como facilita a automação em diversas áreas profissionais, tais como a automação residencial, educação, entretenimento, medicina, robótica, entre outros.

A tendência é o crescimento do uso do RPi, tendo em vista que possui um hardware poderoso se comparado ao seu custo, que pode ser adquirido por pessoas que não têm condições de comprar um desktop, aumentando assim, o índice de inclusão digital. O microcomputador Raspberry Pi conta com um vasto material disponível na internet, que vão desde a instalação e configuração até sugestões e recomendações de projetos/aplicações, o que pode auxiliar os novos usuários, entusiastas e programadores a obter o máximo de recursos na sua utilização.

8. Referências Bibliográficas

UPTON, Eben; HALFACREE, Gareth. Raspberry Pi User Guide. 1ª Edição. Reino Unido: Editora John Wiley & Sons Ltd., 2012.

The MagPI. The official Raspberry Pi magazine. 49ª Edição. Setembro 2016.DENNIS, Andrew. Raspberry Pi Home Automation with Arduino. Reino Unido: Packt Publishing Ltd. Fevereiro 2013.

MENEZES, Nilo Ney Coutinho. Introdução à Programação com Python Algoritmos e lógica de programação para iniciantes. 1ª Edição. São Paulo. Editora Novatec. Novembro 2010.

McROBERTS, Michael. Arduino Basics. Editora Apress Inc. 2011.

Whatis QEMU? Disponível em https://www.qemu.org. Acessado em 05/10/2017.

Scratch para Educadores. Disponível em: https://scratch.mit.edu./educators. Acessado em 12/11/2017.

Getting started with Raspberry Pi. Disponível em: https://paulstamatiou.com/getting-started-raspberry-pi/. Acessado em 12/11/2017.

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Ícaro Bernardo dos Santos trabalha atualmente na Proxxi Tecnologia – a IBM Company, na área de suporte técnico de TI. Possui formação técnica em mecânica industrial pela ETEC Pedro Ferreira Alves – Mogi Mirim, graduando em Ciência da Computação na Faculdade Municipal Professor Franco Montoro – Mogi Guaçu.

Robson Leandro Carvalho Canato possui Graduação em Análise de Sistemas pela PUC - Campinas, Licenciatura em Pedagogia pela FALC - São Paulo, Licenciatura em Matemática pela Universidade Cruzeiro do Sul - São Paulo, Pós Graduação em Administração de Banco de Dados Oracle pelo IBTA - Campinas e Mestrado em Ciência da Computação pela Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. É Professor de Informática na Rede Municipal de Mogi Mirim e Professor do Curso de Ciência da Computação na Faculdade Municipal Professor Franco Montoro - Mogi Guaçu.

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