Arduino 101 - Speaker Deck

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1.3 Arduino 101 O!cina para principiantes

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Agenda • O que dá para fazer com Arduinos? • Primeiro circuito: Blink • Coding Dojo com Arduino • ABCdE: ABC da Eletrônica • Circuito semáforo • Fechamento 2 ☈ ☈ ☈

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Logística • Tags: #arduino101 @ramalhoorg • Workshop: 14 a 18h • Localização dos banheiros • Café, água etc. • Intervalo ≃ 16h 3

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Apresentações 4

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Luciano Ramalho • Instrutor e palestrante internacional especializado na linguagem Python 5

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Luciano Ramalho • Programador auto-didata desde 1978 • BASIC, ASM Z-80, Pascal, C, C++, Smalltalk, Perl, Java, Python, Ruby... • Formado em Biblioteconomia na ECA/USP • O!cina de Programação e Arte (PSI-2615) na Poli/USP com Etienne Delacroix 6

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Luciano Ramalho • Dono e professor nas Oﬁcinas Turing, escola virtual de computação • Sócio-fundador do Garoa Hacker Clube Turing.com.br oﬁcinas 7

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Apresentem-se • Descubra o nome, pro!ssão e hobbies de cada pessoa perto de você • Pergunte e conte para seus vizinhos: • porque se interessou pelo Arduino? • já tem algum projeto em mente? 5 minutos 8

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Censo • Quem entende bem de eletrônica? • Quem sabe um pouco de eletrônica? • Quem entende bem de programação? • Quem sabe um pouco de programação? 9

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Censo nada pouco muito 3 2 2 0 2 3 0 1 0 LR Eletrônica Programação nada pouco muito 10

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O que dá para fazer com Arduinos? 11

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RepRap 3D printer Open hardware Self-replicating!

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Open hardware • Open hardware: esquemas e software livres, componentes “de prateleira” ou fabricáveis em casa • Arduino é open hardware: copiar é legal • Uso da marca Arduino: sob licença

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Pisca-pisca biker Arduino Lilypad

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• Microfone-bafômetro www.instructables.com/id/Breathalyzer-Microphone/ • Pedal de guitarra www.instructables.com/id/Lo-!-Arduino-Guitar-Pedal/ • Robô equilibrista (inspirado no Segway) hacknmod.com/hack/make-a-mini-segway-using-the-arduino/ • Fotogra!a de alta velocidade hacknmod.com/hack/high-speed-photography-how-to-trigger- using-arduino/ • Automação residencial www.makeuseof.com/tag/how-to-build-home-automation-system- raspberry-pi-and-arduino/ Projetos simples 15

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16 Não por acaso, o logo é ∞

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Componentes 17

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Um kit para começar 12! LEDs 5mm, 2 de cada cor ! (verde, vermelho, amarelo, ! laranja, azul e branco) 2! Relés 5v 1! Display 7 segmentos 3 dígitos 1! Micro-servo 9g SG90 TowerPro 1! Buzzer contínuo 1! Placa compatível com Arduino UNO R3 1! Cabo USB AB Controlador 1! Breadboard 830 pontos 1! Placa wire-wrap 5x7 cm 65! Jumpers macho/macho 3! Cabos 3 vias Dupont 20! Resistores 1kΩ 6! Diodos 1N4006 10! Push-button 6x6 mm 2! Potenciômetro 100kΩ 2! Sensores ópticos reflexivos 1! Sensor de luminosidade LDR 3mm 1! Sensor de temperatura LM35 Componentes básicos Componentes de saída Componentes de entrada 18

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Arduino Uno R3 • Placa com microcontrolador ATmega328 e circuitos auxiliares • interface USB (cliente) • regulador de voltagem aceita 7-12V (recomendação) 19

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Arduino: alimentação • Externas: • USB: 5V • adaptador DC de 7 a 12V (não incluído) • Vin e GND : 7 a 12V DC 5V via USB 7 a 12V DC GND, Vin 20

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Arduino: alimentação Pinos de alimentação • Internas: • 3.3 V e 5 V (+) • GND: terra (-) • Vin: direto da fonte externa 7 a 12 V (+) 21

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Pinos de entrada ou saída 14 pinos de entrada e saída digital: 0 a 13 6 pinos de entrada analógica: A0 a A5 6 deles com Pulse Width Modulation: PWM ʙ 22

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Entradas × saídas 12! LEDs 5mm, 2 de cada cor ! (verde, vermelho, amarelo, ! laranja, azul e branco) 2! Relés 5v 1! Display 7 segmentos 3 dígitos 1! Micro-servo 9g SG90 TowerPro 1! Buzzer contínuo 10! Push-button 6x6 mm 2! Potenciômetro 100kΩ 2! Sensores ópticos reflexivos 1! Sensor de luminosidade LDR 3mm 1! Sensor de temperatura LM35 Componentes de saída Componentes de entrada • Entradas: chaves, sensores etc. • Saídas: luzes, motores, mostradores, etc. 23

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Breadboard • Conhecido no Brasil como “protoboard” • No kit: breadboard de 830 furos na foto: 400 furos 24

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Esquema elétrico de um breadboard comum linhas de alimentação colunas numeradas 25

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Note: cada componente se liga a duas ou mais colunas diferentes ...ou conecta uma coluna a uma linha de alimentação

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Teste: posso ligar assim? exemplos ao vivo... 28

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LED: light-emitting diode • Diodo emissor de luz • Componente polarizado: tem direção certa para conectar 29

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LED: light-emitting diode • Pino + (mais longo) ligado na fonte • Pino - ligado no terra • Ligar com resistor em série para proteção chanfro 30

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LED: circuito básico Resistor para limitar a corrente conforme especificação do LED 31

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LED RGB • 3 LEDs (vermelho, verde, azul) em um único componente não incluído no kit 32

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Resistores • Kit: 20 × 1K Ω 33

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O que é um resistor • Reduz a corrente • Sem polaridade: pode ser montado em qualquer direção • Valor em Ohms (Ω) • Símbolos em esquemas: 34

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Pequeno desvio para entender o resistor... 35

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Tensão, corrente & resistência 36

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Sentindo na pele Cap. 1, p. 5 37

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Tensão • Medida: Volt (V) • Símbolo em fórmulas: V 9 V 38

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Resistência • Medida: Ohm (Ω) • Símbolo em fórmulas: R 7mm de língua ≈ 330 Ω 39

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Corrente • Medida: Ampère (A) • Símbolo em fórmulas: I • 6.241 × 1018 elétrons por segundo 9 V ÷ 330 Ω ≈ 0.027 A 27 mA 40

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Exemplos de corrente Aparelho auditivo 0.7 mA 0.0007 A Carregador celular simples 500 mA 0.5 A Carregador tablet 2.1 A 2.1 A Torradeira (120V) 16 A 16 A Motor de arranque 120 A 120 A 41

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Lei de Ohm V = I × R I = V / R R = V / I I V R 42

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Voltando ao resistor... 43

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Resistor: código de cores 33 x 101 = 330 Ω 44

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Resistor: código de cores 330Ω 5% de tolerância: de 313Ω a 346Ω 45

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Resistor: valores padrão Série E12 da Norma IEC 60063 (para tolerância 10%) 46

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Resistor: exemplos 330 Ω 1 kΩ 10 kΩ 1 MΩ 47

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Escolher resistor para LED • Na prática: para proteger um LED comum, em uma instalação provisória, um resistor de 500Ω costuma ser mais que su!ciente • Para calcular o resistor ideal, use a lei de Ohm. Especi!camente: (tensao_fonte − tensao_led) R = corrente_led

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Termos da fórmula • Tensão fonte: tensão no circuito, 5V no caso de porta digitais no Arduino UNO • Tensão LED: tensão típica entre os pinos do LED, especi!cada como “forward voltage”, “voltage drop” ou “forward supply” • Corrente LED: “forward current”, 20mA é um valor comum (20/1000 ou .02 na fórmula) (tensao_fonte − tensao_led) R = corrente_led

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Exemplo 50 (3 − 2.2) R = = 40 20/1000 LED (green): fwd. voltage = 2.2V current = 20mA

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LED RGB 5mm RadioShack • Tensão fonte Arduino UNO = 5V • Tensão LED vermelho: 2V • Corrente LED vermelho: 50mA • Resistor ideal: 60Ω • Resistor real: 68Ω 51 (5 − 2) R = = 60 50/1000

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Primeiro circuito 52

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Primeiro circuito: blink 53

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Pino mais longo (+) Pino 13 Pino GND “terra” (-) Primeiro circuito: blink 54

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Primeiro circuito: blink

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Programação 57

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Arduino IDE • Editor fácil, baseado no Processing, feito para artistas 58 arduino.cc/en/Main/Software

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Linguagem • C++, com simpli!cações 59

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Estrutura comentários 60

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Estrutura comentários declaração de variável 61

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Estrutura comentários declaração de variável 62 definições de funções

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Estrutura comentários declaração de variável 63 definições de funções chamada de função

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Sintaxe 64 blocos de instruções delimitadas por {...}

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Sintaxe 65 editor assinala pares de chaves {...}

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Sintaxe 66 editor marca código com cores para ajudar na leitura e revisão

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Dicas de sintaxe para C++ • Cada vírgula conta, mas espaços não • Maiúscula ≠ minúscula • ex. Alfa ≠ alfa ≠ ALFA • Todo comando termina com ; • O editor assinala os pares de (), {} e [] 67

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Lógica 68 Arduino executa a função setup() uma vez após resetar

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Lógica 69 aqui o pino do led é configurado para saída

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Lógica 70 Arduino executa a função loop() repetidamente

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Lógica 71 digitalWrite serve para mudar o estado de um pino digital

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Lógica 72 Onde você mudaria o código para acionar um LED ligado ao pino 8?

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Lógica 73 Onde você mudaria o código para mudar a frequência das piscadas?

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Coding Dojo com Arduino Slides do Garoa Hacker Clube 74

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Arduino & cia. 75

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Família Arduino Lilypad Nano Uno Mega etc... 76

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Microcontrolador do UNO: Atmel ATmega328 • família “AVR” • clock: 16 MHz • SRAM: 2 KB • EEPROM: 1 KB • Flash: 32 KB 77

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Entradas e saídas no ATmega328 • 28 pinos • 23 pinos multi-funcionais 78 diagrama do datasheet

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• Função dos pinos: padronizadas e simpli!cadas • Mais fácil de aprender • Mais fácil de expandir 79 Entradas e saídas no Arduino UNO

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Shields 80 Arduino com dois shields empilhados • Placas de expansão • Alguns exemplos: • Ethernet, Wi-Fi, controle de motores, acelerômetro, GPS, tela LCD touch...

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Shields 81 5 shields empilhados! • Mais exemplos: • GPRS, NFC/RFID, MIDI sequencer, MP3 decoder, controle de câmera fotográ!ca, XBee radio... • Imperdível: shieldlist.org

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Clones e derivados • Alguns exemplos: • Severino • Garagino • Sanguino • Program-ME Severino

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Clone de Arduino em breadboard 83

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Clone de Arduino em breadboard Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=S4nIV99RMtg 84

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Mais componentes 85

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Potenciômetro • Resistor ajustável • Kit: 2 × 100 kΩ • Símbolo em esquemas: 86

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Potenciômetro: como usar 87 Vout • Ligar pinos laterais na alimentação • Ligar pino central Vout em um pino de entrada analógico

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LDR ou fotoresistor • Light Dependent Resistor • Kit: 1 × 3mm Ø • Usar com resistor para fazer um divisor de tensão 88

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Circuito divisor de tensão 89 Vout

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Ler LDR no Arduino • 5V no LDR • resistor 10k Ω em série • entre eles: Vout ligado a uma entrada analógica (ex. A0) 90

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Circuito Semáforo 1 91

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Circuito semáforo 1 • Componentes: • LEDs: verde, amarelo, vermelho • 4 resistores de 1k Ω • 1 potenciômetro de 100k Ω • Código: gist.github.com/ramalho/6202074 92

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93 Circuito semáforo 1

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Circuito semáforo 1 gist.github.com/ramalho/6202074 código:

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gist.github.com/ramalho/6202074

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gist.github.com/ramalho/6202074

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Circuito Semáforo 2 97

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Circuito semáforo 2 • Usar um LDR (sensor de luminosidade) em vez do potenciômetro • Para fazer funcionar, o potenciômetro tem que ser trocado por um divisor de tensão com LDR e resistor de 1k Ω 98 LDR

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Circuito semáforo 2 • Componentes: • LEDs: verde, amarelo, vermelho • 4 resistores de 1k Ω • 1 potenciômetro de 100k Ω • 1 LDR • 1 resistor de 1k Ω 99 LDR

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gist.github.com/ramalho/6202074 código: Circuito semáforo 2

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Ainda mais componentes do kit 101

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Sensor óptico re&exivo • Detecta objetos até 25mm de distância • Emissor: LED infravermelho • Receptor: fototransistor protegido contra luz visível • Use divisor de tensão chanfro 102

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Sensor óptico re&exivo divisor de tensão 103

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104 sensor óptico reflexivo divisor de tensão

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Display 7 segmentos • 3 dígitos • modelo: CPS03631AB • tipo: anodo comum • part number: CPS03631BR-11 foto: CPS3631AR 105

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No content

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Display 7 segmentos Esquema no datasheet CPS03631AB 107 anodo anodo anodo

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Display 7 segmentos • anodo comum: todos os segmentos de cada dígito ligados ao mesmo anodo • para selecionar um dígito: 5V no anodo correspondente • para acender um segmento: GND no catodo correspondente 108

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Display 7 segmentos • anodos: pinos 8, 9, 12 do display selecionam o dígito • demais pinos acionam os segmentos A...G e o ponto decimal (dp) 109

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Display 7 segmentos gist.github.com/ramalho/6566651 código:

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Servomotor • Movimentos controlados num arco de 180° • Programação fácil via biblioteca Servo no Arduino • exemplos incluídos na IDE 111

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Servomotor 112 • Alguns servos só funcionam alimentados por fonte externa fonte externa deve se ligar ao GND do Arduino 5V DC

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113 Servo TowerPro SG90 (9g) fonte DC externa 5V, 1A terra comum Arduino alimentado via USB

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Fechamento 114

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Referências • Site o!cial: arduino.cc • Arduino Experimentation Kit: oomlout.com/a/products/ardx • Laboratório de garagem labdegaragem.com • Web: blogs, vídeos, wikis, diagramas... 115

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arduino.cc • Seções do site 116

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Fritzing.org • Site com software para download e repositório de projetos 117

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Alguns Livros • Arduino Básico, Novatec • Arduino Cookbook, O’Reilly • Make: Electronics, O’Reilly 118

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Lojas físicas em Sampa • Multcomercial, R. dos Timbiras, 257 • Lojas nas travessas da Santa E!gênia, inclusive as lojas de sucata • Laboratório de Garagem, Rua Berta, 60 (metrô Vila Mariana) • Lojas de bairro, ex: Rua Butantã, 133 119

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Lojas online • Laboratório de Garagem: labdegaragem.com • Farnell Newark: farnellnewark.com.br • Adafruit: adafruit.com • Sparkfun: sparkfun.com • Seeedstudio: seeedstudio.com • Vários: dx.com, ebay.com (muitos fornecedores) seeedstudio com 3 “e”! 120

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Seeedstudio Shield Bot • Robô seguidor de linha • Vem montado • Basta encaixar o Arduino Uno US $ 69.90 121

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Visite um hackerspace! garoa.net.br 122

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Créditos • Conteúdo compilado, organizado e parcialmente criado por Luciano Ramalho (O!cinas Turing) • Licença de uso e reprodução: Creative Commons BY-SA Turing.com.br oﬁcinas 123