Arduino: Tipos, Características e Aplicações, Manuais, Projetos, Pesquisas de Microcontroladores

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ARDUINO

Santo André-SP

Sumário

• Arduino...................................................................................................................................
• Hardware do Arduino..............................................................................................................
• Tipos de Arduino....................................................................................................................
• Arduino Uno...........................................................................................................................
• Arduino Mega 2560................................................................................................................
• Arduino Leonardo...................................................................................................................
• Arduino Due...........................................................................................................................
• Arduino Mega adk..................................................................................................................
• Arduino Nano.........................................................................................................................
• Arduino pro Mini.....................................................................................................................
• Arduino esplora......................................................................................................................
• Aplicações para o Arduino......................................................................................................
  • Projetos para aplicações industriais......................................................................................
• Hardware e Software do Arduino............................................................................................
• Adoção do Arduino em escolas e empresas........................................................................
• Preocupações......................................................................................................................
• Conclusão............................................................................................................................

Existem vários modelos de microcontroladores diferentes, que se diferem principalmente na quantidade de memória e na configuração dos módulos de entrada e saída disponíveis. A placa ainda conta com um conector USB para envio do código de programação e alimentação da placa. Já que o microcontrolador possui várias entradas e saídas, a placa também conta com pinos fêmea para cada uma dessas saídas, para que o usuário possa plugar jumpers com facilidade. Espécimes como o Uno e o Mega possuem um conector de alimentação externa que pode receber de 7V a 20V (a tensão internamente será regulada), possibilitando a conexão de baterias ou fontes para alimentar a placa quando ela não está conectada no USB. O microcontrolador conta com pinos digitais, analógicos, PWM, e de comunicação serial. A tensão de operação desses pinos é de 5V, podendo em alguns modelos ser de 3.3V. Entretanto, é importante compreender que o Arduino serve para enviar e receber sinais, e não terá força suficiente para alimentar motores, por exemplo. Para essas aplicações, você deve utilizar dispositivos para comutação de sinais, alimentando motores com fontes externas.

Tipos de Arduino

Resumo de cada modelo de Arduino, suas principais características e funcionalidades, e no final uma tabela comparativa entre os modelos:

Arduino Uno

Dentre os tipos de Arduino, este costuma ser a primeira opção para quem vai comprar um Arduino, pois possui um bom número de portas disponíveis, e grande compatibilidade com os shields disponíveis no mercado. Possui processador

ATMEGA328, 14 portas digitais, sendo que 6 delas podem ser usadas como saídas PWM, e 6 portas analógicas. A alimentação (selecionada automaticamente) pode vir da conexão USB ou do conector para alimentação externa (recomendável 7 à 12 Vdc). Esta placa, na versão com soquete, permite a troca do chip microcontrolador ATMEGA328 facilmente em caso de dano ao microcontrolador ou se o mesmo for utilizado em projetos dedicados. Existe também a placa Arduino Uno versão SMD, com o microcontrolador soldado na placa.

Arduino Mega 2560

Versão maior da placa Arduino, com microcontrolador ATmega2560 e 54 portas digitais, das quais 15 podem ser usadas como PWM, além de 15 portas analógicas. Clock de 16 Mhz, conexão USB e conector para alimentação externa. Ideal para projetos mais elaborados que exijam grande número de entradas e saídas.

Arduino Leonardo

Placa à primeira vista muito parecida com o Arduino Uno, mas com microcontrolador Atmega32u4, possuindo 20 portas digitais, das quais 7 podem ser usadas como PWM, e 12 como portas analógicas.

Arduino Nano

Placa compacta baseada no microcontrolador ATmega328 (para placas Arduino Nano versão 3.x), ou ATmega168 (versão 2.x). Ao contrário das outras placas, não possui conector para alimentação externa, sendo alimentada por um conector USB Mini-B. É uma placa desenvolvida pela Gravitech. Possui 32 Kb de memória (Nano versão 3.0), ou 16 Kb (Nano versão 2.0), sendo que 2 K são usados pelo bootloader. Seu tamanho reduzido (4,3 de comprimento x 1,85 de largura) faz dessa placa uma boa opção para projetos compactos que exijam atualização constante de software.

Arduino pro Mini

Placa compacta, ideal para projetos permanentes e que não necessitem de grande poder de processamento ou constante atualização. O microcontrolador utilizado por esta placa é o ATmega168 que, dependendo da versão da placa, roda à 8 Mhz (placa versão 3.3v) ou 16 Mhz (placa versão 5v). Possui 14 portas digitais, sendo que 6 podem ser usadas como PWM, e 8 portas analógicas. Não possui conexão USB ou conector para alimentação externa. Para comunicação com o computador, pode ser adquirido um módulo USB separadamente, ou utilizada uma placa Arduino para programação, como mostrado no artigo Programando um Arduino Pro Mini com Arduino Uno.

Arduino esplora

Com o formato parecido com o de um controle de videogame (e até pode ser usado como um, dependendo da criatividade do desenvolvedor), o Arduino Esplora é uma placa diferente de todas as outras da família Arduino, principalmente por possuir diversos sensores na sua construção. Nessa placa vem embutido um buzzer, um joystick, um potenciômetro deslizante, um sensor de temperatura, um acelerômetro, um led RGB, um sensor de luz (LDR), 4 push-buttons e um microfone. Além de tudo isso, ainda possui um soquete para tela LCD. É uma placa indicada para quem deseja aprender Arduino sem se preocupar muito com eletrônica, uma vez que os componentes já estão embutidos na placa. Assim o usuário pode se concentrar na parte de programação. Baseado no Arduino Leonardo, utiliza o microcontrolador Atmega32U4, com clock de 16 Mhz e 32 KB de memória (4K usados pelo bootloader). Possui 2 conectores de 3 pinos, para conexão de módulos adicionais. A conexão com o microcomputador utiliza cabo micro-usb.

Aplicações para o Arduino

A forma como cada Fazedor irá usar o Arduino depende muito mais da sua criatividade do que de limitações técnicas ou de conhecimento em eletrônica. Tanto que muitos dos seus usuários são artistas inspirados em criar arte através do pequeno controlador. Mais do que isso, o maker movement conta com uma grande comunidade empenhada em ajudar novos usuários. Suas aplicações são as mais diversas, de diversão passando pela arte, automação residencial e até ajudar outras pessoas. Por exemplo, o Arduino já foi utilizado para se criar uma chopeira controlada por um iPad onde era possível acompanhar o fluxo da bebida e obter informações sobre os diferentes tipos de chopp. Além disso, a placa também servia para informar a temperatura e descobrir quem bebeu mais. Já outra equipe criou uma luva sensível ao tato que ajuda cego a “enxergar” obstáculos

Com toda essa sequência de lançamentos de placas com recursos para IoT, nota- se que a empresa Arduino está focando suas energias em prover hardware para prototipagem rápida de soluções para Internet das coisas. Em paralelo diversas bibliotecas estão sendo adicionadas, assim como a integração de novas placas oficiais e de terceiros ao ecossistema. Hoje isso é feito com poucos cliques na IDE sem a necessidade de configuração manual nas pastas. Hoje também é possível programar as placas através de uma plataforma online, que possui recursos similares da IDE off-line com a possibilidade de compartilhamento de código de uma forma mais fácil. A empresa Arduino também lançou uma plataforma de nuvem para facilitar a visualização de dados.

Adoção do Arduino em escolas e empresas

Com a estabilização da plataforma, uma grande documentação aberta disponível e a facilidade de acesso as placas, foi natural a adoção do Arduino no ambiente acadêmico. Hoje muitas escolas e faculdades usam o Arduino com ferramenta para ensino de programação, desenvolvimento de projetos e pesquisas. O uso não se restringe apenas a áreas de tecnologias e nem em formação técnica. O Arduino é usado desde o ensino de crianças até em pesquisas de doutorados. No que diz respeito à formação técnica e de engenharia na área de sistemas embarcados, há uma grande discussão sobre o uso do Arduino e a eficácia do ensino de programação de sistemas embarcados de forma mais aprofundada, já que a plataforma mascara diversos detalhes de arquitetura e programação.

Preocupações

Apesar das facilidades e recursos disponíveis não dá para fazer e aprender tudo com Arduino. É importante o entendimento da arquitetura, técnicas de programação, otimização, depuração, etc. Infelizmente hoje os alunos estão ficando presos a plataforma e não conseguem explorar os recursos do microcontrolador e até mesmo escolher o melhor dispositivo para seus projetos.

Já no ambiente profissional e no desenvolvimento de projetos, é necessário tomar cuidado com o uso de bibliotecas não eficientes e até mesmo o conflito entre bibliotecas. Outro detalhe importante é o consumo desnecessário de memória que a abstração pode oferecer, além de perda de performance, como apresentado no artigo: Performance do digitalWrite() no Arduino. Durante a fase de desenvolvimento há limitação em recursos, como debug por hardware. Outro ponto preocupante é que as placa de desenvolvimento não foram feitas para aplicação final, como é comum encontrar em muitas aplicações por aí.

Conclusão

O Arduino revolucionou e democratizou o uso de microcontroladores no mundo. Hoje muitas pessoas conseguem ter o contato com a programação de microcontroladores e conseguem fazer projetos incríveis, através da abstração e facilidades que o arduino traz. Com todas essas facilidades e recursos disponíveis, muitas ideias estão sendo colocadas em práticas e sendo validadas rapidamente. Há diversas empresas fornecendo hardware e softwares para o ecossistema. Também estão surgindo diversas aplicações focadas na indústria ou automação residencial. É importante entender até que ponto os hardwares podem ser usados para aplicações finais, e quando o Arduino pode ser explorado para ensino de sistemas embarcados de forma eficiente.