Arduino 101

Oficina para principiantes (4 a 5h de duração)

Transcript

1. 1.3 Arduino 101 O!cina para principiantes
2. Agenda • O que dá para fazer com Arduinos? • Primeiro circuito: Blink • Coding Dojo com Arduino • ABCdE: ABC da Eletrônica • Circuito semáforo • Fechamento 2 ☈ ☈ ☈
3. Logística • Tags: #arduino101 @ramalhoorg • Workshop: 14 a 18h • Localização dos banheiros • Café, água etc. • Intervalo ≃ 16h 3
4. Apresentações 4
5. Luciano Ramalho • Instrutor e palestrante internacional especializado na linguagem Python 5
6. 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
7. Luciano Ramalho • Dono e professor nas Oficinas Turing, escola virtual de computação • Sócio-fundador do Garoa Hacker Clube Turing.com.br oficinas 7
8. 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
9. Censo • Quem entende bem de eletrônica? • Quem sabe um pouco de eletrônica? • Quem entende bem de programação? • Quem sabe um pouco de programação? 9
10. Censo nada pouco muito 3 2 2 0 2 3 0 1 0 LR Eletrônica Programação nada pouco muito 10
11. O que dá para fazer com Arduinos? 11
12. RepRap 3D printer Open hardware Self-replicating!
13. 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
14. Pisca-pisca biker Arduino Lilypad
15. • 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
16. 16 Não por acaso, o logo é ∞
17. Componentes 17
18. 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
19. Arduino Uno R3 • Placa com microcontrolador ATmega328 e circuitos auxiliares • interface USB (cliente) • regulador de voltagem aceita 7-12V (recomendação) 19
20. 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
21. Arduino: alimentação Pinos de alimentação • Internas: • 3.3 V e 5 V (+) • GND: terra (-) • Vin: direto da fonte externa 7 a 12 V (+) 21
22. 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
23. 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
24. Breadboard • Conhecido no Brasil como “protoboard” • No kit: breadboard de 830 furos na foto: 400 furos 24
25. Esquema elétrico de um breadboard comum linhas de alimentação colunas numeradas 25
27. Note: cada componente se liga a duas ou mais colunas diferentes ...ou conecta uma coluna a uma linha de alimentação
28. Teste: posso ligar assim? exemplos ao vivo... 28
29. LED: light-emitting diode • Diodo emissor de luz • Componente polarizado: tem direção certa para conectar 29
30. LED: light-emitting diode • Pino + (mais longo) ligado na fonte • Pino - ligado no terra • Ligar com resistor em série para proteção chanfro 30
31. LED: circuito básico Resistor para limitar a corrente conforme especificação do LED 31
32. LED RGB • 3 LEDs (vermelho, verde, azul) em um único componente não incluído no kit 32
33. Resistores • Kit: 20 × 1K Ω 33
34. O que é um resistor • Reduz a corrente • Sem polaridade: pode ser montado em qualquer direção • Valor em Ohms (Ω) • Símbolos em esquemas: 34
35. Pequeno desvio para entender o resistor... 35
36. Tensão, corrente & resistência 36
37. Sentindo na pele Cap. 1, p. 5 37
38. Tensão • Medida: Volt (V) • Símbolo em fórmulas: V 9 V 38
39. Resistência • Medida: Ohm (Ω) • Símbolo em fórmulas: R 7mm de língua ≈ 330 Ω 39
40. Corrente • Medida: Ampère (A) • Símbolo em fórmulas: I • 6.241 × 1018 elétrons por segundo 9 V ÷ 330 Ω ≈ 0.027 A 27 mA 40
41. 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
42. Lei de Ohm V = I × R I = V / R R = V / I I V R 42
43. Voltando ao resistor... 43
44. Resistor: código de cores 33 x 101 = 330 Ω 44
45. Resistor: código de cores 330Ω 5% de tolerância: de 313Ω a 346Ω 45
46. Resistor: valores padrão Série E12 da Norma IEC 60063 (para tolerância 10%) 46
47. Resistor: exemplos 330 Ω 1 kΩ 10 kΩ 1 MΩ 47
48. 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
49. 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
50. Exemplo 50 (3 − 2.2) R = = 40 20/1000 LED (green): fwd. voltage = 2.2V current = 20mA
51. 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
52. Primeiro circuito 52
53. Primeiro circuito: blink 53
54. Pino mais longo (+) Pino 13 Pino GND “terra” (-) Primeiro circuito: blink 54
55. Primeiro circuito: blink
57. Programação 57
58. Arduino IDE • Editor fácil, baseado no Processing, feito para artistas 58 arduino.cc/en/Main/Software
59. Linguagem • C++, com simpli!cações 59
60. Estrutura comentários 60
61. Estrutura comentários declaração de variável 61
62. Estrutura comentários declaração de variável 62 definições de funções
63. Estrutura comentários declaração de variável 63 definições de funções chamada de função
64. Sintaxe 64 blocos de instruções delimitadas por {...}
65. Sintaxe 65 editor assinala pares de chaves {...}
66. Sintaxe 66 editor marca código com cores para ajudar na leitura e revisão
67. 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
68. Lógica 68 Arduino executa a função setup() uma vez após resetar
69. Lógica 69 aqui o pino do led é configurado para saída
70. Lógica 70 Arduino executa a função loop() repetidamente
71. Lógica 71 digitalWrite serve para mudar o estado de um pino digital
72. Lógica 72 Onde você mudaria o código para acionar um LED ligado ao pino 8?
73. Lógica 73 Onde você mudaria o código para mudar a frequência das piscadas?
74. Coding Dojo com Arduino Slides do Garoa Hacker Clube 74
75. Arduino & cia. 75
76. Família Arduino Lilypad Nano Uno Mega etc... 76
77. Microcontrolador do UNO: Atmel ATmega328 • família “AVR” • clock: 16 MHz • SRAM: 2 KB • EEPROM: 1 KB • Flash: 32 KB 77
78. Entradas e saídas no ATmega328 • 28 pinos • 23 pinos multi-funcionais 78 diagrama do datasheet
79. • Função dos pinos: padronizadas e simpli!cadas • Mais fácil de aprender • Mais fácil de expandir 79 Entradas e saídas no Arduino UNO
80. Shields 80 Arduino com dois shields empilhados • Placas de expansão • Alguns exemplos: • Ethernet, Wi-Fi, controle de motores, acelerômetro, GPS, tela LCD touch...
81. Shields 81 5 shields empilhados! • Mais exemplos: • GPRS, NFC/RFID, MIDI sequencer, MP3 decoder, controle de câmera fotográ!ca, XBee radio... • Imperdível: shieldlist.org
82. Clones e derivados • Alguns exemplos: • Severino • Garagino • Sanguino • Program-ME Severino
83. Clone de Arduino em breadboard 83
84. Clone de Arduino em breadboard Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=S4nIV99RMtg 84
85. Mais componentes 85
86. Potenciômetro • Resistor ajustável • Kit: 2 × 100 kΩ • Símbolo em esquemas: 86
87. Potenciômetro: como usar 87 Vout • Ligar pinos laterais na alimentação • Ligar pino central Vout em um pino de entrada analógico
88. LDR ou fotoresistor • Light Dependent Resistor • Kit: 1 × 3mm Ø • Usar com resistor para fazer um divisor de tensão 88
89. Circuito divisor de tensão 89 Vout
90. Ler LDR no Arduino • 5V no LDR • resistor 10k Ω em série • entre eles: Vout ligado a uma entrada analógica (ex. A0) 90
91. Circuito Semáforo 1 91
92. 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
93. 93 Circuito semáforo 1
94. Circuito semáforo 1 gist.github.com/ramalho/6202074 código:
95. gist.github.com/ramalho/6202074
96. gist.github.com/ramalho/6202074
97. Circuito Semáforo 2 97
98. 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
99. 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
100. gist.github.com/ramalho/6202074 código: Circuito semáforo 2
101. Ainda mais componentes do kit 101
102. 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
103. Sensor óptico re&exivo divisor de tensão 103
104. 104 sensor óptico reflexivo divisor de tensão
105. Display 7 segmentos • 3 dígitos • modelo: CPS03631AB • tipo: anodo comum • part number: CPS03631BR-11 foto: CPS3631AR 105
107. Display 7 segmentos Esquema no datasheet CPS03631AB 107 anodo anodo anodo
108. 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
109. 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
110. Display 7 segmentos gist.github.com/ramalho/6566651 código:
111. Servomotor • Movimentos controlados num arco de 180° • Programação fácil via biblioteca Servo no Arduino • exemplos incluídos na IDE 111
112. Servomotor 112 • Alguns servos só funcionam alimentados por fonte externa fonte externa deve se ligar ao GND do Arduino 5V DC
113. 113 Servo TowerPro SG90 (9g) fonte DC externa 5V, 1A terra comum Arduino alimentado via USB
114. Fechamento 114
115. 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
116. arduino.cc • Seções do site 116
117. Fritzing.org • Site com software para download e repositório de projetos 117
118. Alguns Livros • Arduino Básico, Novatec • Arduino Cookbook, O’Reilly • Make: Electronics, O’Reilly 118
119. 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
120. 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
121. Seeedstudio Shield Bot • Robô seguidor de linha • Vem montado • Basta encaixar o Arduino Uno US $ 69.90 121
122. Visite um hackerspace! garoa.net.br 122
123. 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