História e evolução das placas de prototipagem Arduino UNO R3 e NodeMCU ESP8266, Teses (TCC) de Engenharia Elétrica

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FACULDADE FACI

CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

RAFAEL LEAL PEREIRA

INTRODUÇÃO AS PLACAS DE PROTOTIPAGEM: ARDUÍNO UNO R3 E

NODEMCU ESP

BELÉM

RAFAEL LEAL PEREIRA

INTRODUÇÃO AS PLACAS DE PROTOTIPAGEM: ARDUÍNO UNO R3 E

NODEMCU ESP

Monografia apresentada ao curso de Engenharia de Controle e Automação, da Faculdade Faci, como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Controle e Automação. Orientador: Prof. Me. Paulo Tássio da Luz Melo. BELÉM 2022

RAFAEL LEAL PEREIRA

INTRODUÇÃO AS PLACAS DE PROTOTIPAGEM: ARDUÍNO R3 E NODEMCU

ESP

Monografia apresentada ao curso de Engenharia de Controle e Automação, da Faculdade Faci, como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Controle e Automação. Aprovado em: 21 / 11 / 2022. BANCA EXAMINADORA

Prof. Me. Paulo Tássio da Luz Melo. (Orientador) Faculdade Faci

Prof. Me. Rafael Lobato Lisboa (Examinador) Faculdade Faci

Eng. Eletricista Risoneide Moreira da Silva (Examinador) Faculdade Faci

A Deus e a minha família pelo acompanhamento e apoio no decorrer da nossa vida acadêmica.

“Seja cortês com todos, sociável com muitos, íntimo de poucos, amigo de um e inimigo de nenhum.” Benjamin Franklin

RESUMO

Com o avanço da tecnologia, hoje temos uma grande variedade de placas de desenvolvimento para IoT (Internet das coisas), e uma serie de microcontroladores com diferentes funções e características distintas, oferecendo diversas formas de conexão como WiFi, bluetooth sem precisar de uso de componentes externos como Shields por exemplo. Dessa forma, na elaboração do trabalho houve a ideia de propor um levantamento desde a parte histórica, conceito, evolução, focando em apenas dois modelos de placas de prototipagem, sendo o Arduino UNO R3, NodeMCU ESP8266, de forma introdutória, tendo em suas primeiras páginas uma apresentação prévia e acompanhamento das principais mudanças na evolução destes dispositivos, juntamente com suas diferentes formas, atendendo cada desenvolvedor de acordo com suas necessidades. E adiante de forma detalhada segue a apresentação de um projeto desenvolvendo um servidor web em modo AP (Ponto de acesso), para atividades de monitoramento de temperatura e umidade, onde foi usado um simples sensor DHT22 juntamente com o NodeMCU (Nó de um micro processador único), conforme adiante será mostrado o passo a passo do desenvolvimento disponibilizando o código fonte. Palavras-chave: Arduino; NodeMCU ESP8266; Umidade; Temperatura.

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

A AC CAGR CI CPU DC DHT GND HTML IDE I/O IoT KB LED MA MHZ PWM RAM RTC SRAM SOC SSID USB TTL V VAC VDC WiFi WEP WPA AMPERE ALTERNATING CURRENT COMPOUND ANNUAL GROWTH RATE CIRCUITO INTEGRADO CENTRAL PROCESSING UNIT DIRECT CURRENT DIGITAL HUMIDITY AND TEMPERATURE GRADUATED NEUTRAL DENSITY FILTER HYPERTEXT MARKUP LANGUAGE INTEGRATED DEVELOPMENT ENVIRONMENT IN/OUT INTERNET OF THINGS KILOBYTES LIGHT EMITTING DIODE MILLIAMPERE MEGAHERTZ PULSE WIDTH MODULATION RANDOM ACCESS MEMORY REAL TIME CLOCK STATIC RANDOM-ACCESS MEMORY SYSTEM-ON-A-CHIP SERVICE SET IDENTIFIER UNIVERSAL SERIAL BUS TRANSISTOR-TRANSISTOR LOGIC VOLTS VOLTAGEM EM CORRENTE ALTERNADA VOLTAGEM EM CORRENTE CONTÍNUA WIRELESS FIDELITY WIRED EQUIVALENT PRIVACY WI-FI PROTECTED ACESS

SUMÁRIO

• Figura 1 - Interactive Design Institute Ivrea (2001 – 2005)
• Figura 2 - Arduino de Ivrea, rei da Itália.
• Figura 3 - Placa de Prototipagem Wiring S.
• Banzi. Figura 4 - David Cuartieles, Gianluca Martino, Tom Igoe, David Mellis e Massimo
• Figura 5 - Massimo Banzi.........................................................................................
• Figura 6 - O primeiro Arduino.
• Figura 7 - Perfil de Massimo Banzi no Flickr.
• Figura 8 - Álbum Flickr, perfil de Massimo Banzi.
• Figura 9 - Arduino UNO R3 (versão oficial).
• Figura 10 - Arduino UNO R3 (versão não oficial).
• Figura 11 - Características do Arduino Uno R3.
• Figura 12 - Atmega328p.
• Figura 13 - Arduino IDE (v. 1.8.19).
• Figura 14 - Principais funções do software Arduino IDE 2.0.
• Figura 15 - Gerenciador de bibliotecas do software Arduino IDE 2.0.
• Figura 16 - NodeMCU Esp8266.
• Figura 17 - NodeMCU ESP8266.
• Figura 18 - Características do NodeMCU ESP8266.
• Figura 19 - Esp8266.................................................................................................
• Figura 20 - Pinagem do NodeMCU ESP8266.
• Figura 21 - Gerenciador de placas adicionais do Arduino IDE 2.0............................
• Figura 22 - Guia do gerenciador de placas do Arduino IDE 2.0.
• Figura 23 - Configuração do Esp8266 no Arduino IDE.
• Figura 24 - Materiais utilizados.
• Figura 25 - DHT22
• Figura 26 - Fonte de alimentação AC/DC.
• Figura 27 - Circuito do projeto.
• Figura 28 - Diagrama esquemático.
• Figura 29 - ESP8266 web server.
• Figura 30 - Instalação das bibliotecas DHT e Adafruit.
• Figura 31 - Instalação das bibliotecas ESPAsyncTCP e ESPAsyncWebServer.
• Figura 32 - Página web do servidor de umidade e temperatura.
• Tabela 1 - Tabela de características do Atmega328p. LISTA DE TABELAS
• Tabela 2 - Principais funções da interface gráfica do Arduíno IDE 2.0.
• Tabela 3 - Configuração dos pinos do NodeMCU ESP8266.
• Tabela 4 - Especificações do DHT22.
• Tabela 5 - Tabela de orçamento em reais.
• 1 INTRODUÇÃO
• 1.1 JUSTIFICATIVA
• 1.2 OBJETIVO GERAL
• 1.3 OBJETIVO ESPECIFICO
• 2 MÉTODOLOGIA E MATERIAS UTILIZADOS
• 2.1 A HISTÓRIA DO ARDUINO
• 2. 2 O PRIMEIRO ARDUINO
• 3 ARDUINO
• 3.1 ARDUINO UNO R3
• 3.1.1 Principais características
• 3.1.2 Atmega328p
• 4 ARDUINO SOFTWARE IDE 2.0
• 4.1 CARACTERÍSTICAS DO SOFTWARE ARDUINO IDE 2.0
• 5 NODEMCU ESP8266
• 5.1 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO NODEMCU ESP8266
• 6 DESENVOLVIMENTO
• 6.1 INSTALANDO O ESP8266 NO ARDUINO IDE 2.0
• 6.1.1 Itens eletroeletrônicos utilizados
• 6.1.2 Montagem do circuito
• 6.1.3 Servidor web em modo AP para o serviço DHT umidade e temperatura
• 8 RECURSOS FINANCEIROS
• 9 RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 10 CONCLUSÃO
• REFERÊNCIAS

15 1.1 JUSTIFICATIVA O conteúdo do trabalho aqui apresentado, concede ao leitor a oportunidade de conhecer de forma detalhada um pouco da parte histórica do Arduino, como também os objetivos, evolução e configuração dessas placas de prototipagem. Logo adiante irá ser comentado um pouco do ambiente de programação onde são desenvolvidos esses hardwares por meio da linguagem CC++. Desde a parte estrutural e o que necessariamente precisa ser explorado em sua fase primordial de estudos a qualquer modelo e tipo aqui descrito. Como grande parte dos desenvolvedores promovem um foco no uso de uma plataforma computacional física, sendo este o Arduino, a leitura deste trabalho também traz a hipótese de conhecer outro ambiente de hardware e software com outro microcontrolador que também pode se programado e projetado usando a IDE do Arduíno, o que para muitos estudantes e educadores ainda é uma novidade. 1.2 OBJETIVO GERAL Este presente trabalho tem como objetivo contribuir com incentivo a exploração de uma outra opção de plataforma computacional, como o NodeMCU ESP8266, para assim promover desenvolvimento de projetos como se fosse um Arduino, usando sua mesma linguagem de programação através da leitura desse trabalho. Fazendo o uso da IDE do Arduino para criar projetos ainda mais rentáveis, já que o custo benefício desse outro microcontrolador é também oferecer um custo acessível, sendo o NodeMCU ESP8266 com a possibilidade de se conectar a uma rede Wi-Fi sem a necessidade do uso de Shields. 1.3 OBJETIVO ESPECIFICO

• ARDUINO UNO R3: A história e suas funcionalidades;
• NodeMCU Esp8266: O surgimento e funcionalidades;
• PROJETO DE MONITORAMENTO: Umidade e temperatura via servidor web.

16 2 MÉTODOLOGIA E MATERIAS UTILIZADOS O trabalho elaborado, reflete em um estudo que consiste de um levantamento bibliográfico, onde foram usados meios de comunicação como livros, revistas cientificas, sites tecnológicos relevantes, fontes diretas de obras e análises praticas com boas procedências. Através da ação continua e prolongada explorando o desenvolvimento e obtendo respostas, conceitos e ideias de um determinado problema, usando meios e recursos cientifico formais do que está sendo pesquisado, estas são umas das principais características de uma pesquisa segundo (GIL, 2008). Neste capitulo serão explanados assuntos com relação a um Arduino Uno R3, NodeMCU Esp8266, sensor DHT22 gerando um servidor web , onde será demostrado suas funcionalidades para verificações e medições de umidade e temperatura em um ambiente, onde o usuário final poderá fazer uso conforme sua necessidade de aplicações. 2.1 A HISTÓRIA DO ARDUINO Segundo Carlos (2021), o Arduino foi um projeto desenvolvido no Interactive Design Institute na cidade de Ivrea na Itália, conforme mostra a Figura 1 abaixo, no ano de 2005, com o objetivo de obter uma solução a projetos escolares eletrônicos através de uma placa de prototipagem com um custo benefício menor do que os modelos disponíveis no mercado da época. Figura 1 - Interactive Design Institute Ivrea (2001 – 2005) Fonte: Site Olivetti, 2022.

18 Figura 3 - Placa de Prototipagem Wiring S. Fonte: Site wiring.org.co, 2022. Após Hernando Barragán ter retornado ao seu país de origem, deu-se início ao desenvolvimento do Arduino, pela equipe de desenvolvedores formada por: Massimo Banzi, David Cuartilles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis (JHON, 2014), conforme mostra a Figura 4 abaixo, essa informação também está descrita no site oficial do Arduino (Arduino.cc), onde os mesmos são identificados como fundadores. Figura 4 - David Cuartieles, Gianluca Martino, Tom Igoe, David Mellis e Massimo Banzi. Fonte: Site circuitstoday.com, 2022.

19 Massimo Banzi, é o principal desenvolvedor do Arduino no ano de 2005, ele já era apontado como principal fundador do projeto, que se deu devido ao alto custo de plataformas de prototipagem disponível na época. Atualmente seu nome tem destaque no site oficial da plataforma, conforme mostra a Figura 5 abaixo onde o mesmo é destacado como um dos cofundadores, presidente e CMO. Figura 5 - Massimo Banzi. Fonte: Arduino.cc, 2022. A primeira versão do Arduino conforme mostra a Figura 6 abaixo foi usada uma porta paralela e posteriormente uma porta serial e diferentemente da versão atual (1.8.11), estabilizada em janeiro de 2020, onde usa-se uma porta USB (universal serial bus) que significa (Porta serial universal) tipo B, recurso esse que já havia sido implantado desde algumas versões anteriores em sua forma física. Figura 6 - O primeiro Arduino. Fonte: Flickr.com/ 19 rdui/mbanzi, 2022.