O que é Arduino e como funciona?

Amado por muitos estudantes e hobistas das áreas de eletrônica e robótica, a família Arduino vem ganhando cada vez mais adeptos, em especial, o Arduino Uno. Neste tutorial, iremos entender o que é Arduino, para que serve, como funciona e o que ele têm de tão especial?

Direto ao ponto: O que é Arduino?

Falando em termos práticos, as placas Arduino possuem funcionamento semelhante ao de um pequeno computador, no qual, pode-se programar a maneira como suas entradas e saídas devem se comportar em meio aos diversos componentes externos que podem ser conectados nas mesmas.

No site oficial da Arduino, encontramos a seguinte definição (traduzida):

Arduino é uma plataforma open-source de prototipagem eletrônica com hardware e software flexíveis e fáceis de usar, destinado a artistas, designers, hobistas e qualquer pessoa interessada em criar objetos ou ambientes interativos.

Ou seja, O Arduino é uma plataforma formada por dois componentes: A placa, que é o Hardware que usaremos para construir nossos projetos e a IDE Arduino, que é o Software onde escrevemos o que queremos que a placa faça.

A maior vantagem dessa plataforma de desenvolvimento sobre as demais é a sua facilidade de sua utilização, pois, pessoas que não são da área técnica podem aprender o básico e criar seus próprios projetos em um intervalo de tempo relativamente curto.

Antes do famoso Arduino

Há pouco tempo atrás, para se confeccionar um circuito interativo, era necessário fazer projetos do zero para uma aplicação específica. Além disso, para se fazer pequenas alterações nas funcionalidades do circuito era necessário um estudo crítico e bastante trabalho.

Com o advento dos microcontroladores, foi possível que problemas que antes eram tratados com soluções de hardware fossem tratados usando software de computadores. Dessa forma, um mesmo circuito poderia desempenhar funções totalmente diferentes, através da reprogramação e alteração de alguns parâmetros do programa.

No entanto, apesar da facilidade trazida pelos microcontroladores, trabalhar com os mesmos não é tão trivial.

Desta forma, um grupo de pesquisadores italianos teve a ideia de fazer um dispositivo que tornasse o seu uso simples e acessível a qualquer um. O resultado foram as placas Arduino.

Como o Arduino funciona?

Como já dito, os Arduinos possuem funcionamento semelhante ao de um pequeno computador capaz de interpretar entradas e controlar as saídas afim de criar sistemas automáticos. Para isso, você precisa programa-lo.

Programação nada mais é que falar ao controlador quais decisões devem ser tomadas em cada circunstancia. Para isso, escrevemos um código que segue uma sequência logica de tomada de decisões que leva em conta as vareáveis que serão lidas e/ou controladas.

Para programar essas placas, ou seja, ensiná-las a desempenharem a as funcionalidades que você deseja, basta utilizarmos a sua IDE (ambiente integrado de desenvolvimento), que por sua vez, é um software onde podemos escrever um código em uma linguagem semelhante a C/C++, o qual, será traduzido, após a compilação, em um código compreensível pela nossa placa.

Aplicações do Arduino

Por exemplo, um uso simples de um Arduino seria para acender uma lâmpada por um certo intervalo de tempo, digamos, 30 segundos, depois que um botão fosse pressionado. Nesse exemplo, o Arduino teria uma lâmpada e um botão conectados a ele. O circuito aguardaria pacientemente até que o botão fosse pressionado, de modo que, uma vez pressionado o botão, ele acenderia a lâmpada e iniciaria a contagem. Depois de 30 segundos, apagaria a lâmpada e aguardaria um novo apertar do botão.

Você também poderia utilizar essa mesma configuração para controlar uma lâmpada em um cômodo, por exemplo, usando um Sensor de Presença PIR | HC-SR501 no lugar do botão. Assim, quando a quando uma pessoa entrasse em um cômodo, o sensor detectaria a presença de uma pessoa e abra cadabra!! O ambiente seria automaticamente iluminado.

Outros inúmeros projetos podem ser feitos com essa plataforma, como um sistema de emergência com sensor de gás, um sistema de automação de uma horta capaz de  medir a umidade do solo e medir temperatura e umidade ambiente para ligar e desligar uma bomba e um ventilador com o auxilio de um módulo relé.

Ou então painel solar que se move de acordo com a incidência da radiação proveniente do sol com o auxilio de um sensor de luz, uma planta que manda uma mensagem no twitter quando precisar ser regada, uma caixa de brinquedos aberta por leitura de impressão digital, um robô seguidor de linha, entre muitos outros. A imaginação é o limite!

Robótica Educacional

Robótica educacional nada mais é que o uso da robótica como ferramenta para potencializar o aprendizado dos estudantes. Sua principal proposta é incentivar o uso da robótica com o intuito de resolver problemas reais ou fictícios do dia-a-dia.

Devida a facilidade utilização, o Arduino tem entrado, cada vez mais, nas salas de aula do Brasil e do mundo, se tornando um dos protagonistas no ensino de robótica para crianças e adolescentes, mesmo considerando concorrentes de peso como o Lego.

O Lego, que também é uma ferramenta fenomenal, possui algumas limitações.

A primeira é a dificuldade de se integrar com outros equipamentos que não sejam da marca. Isso implica na dificuldade de se usar o Lego para desenvolver projetos de robótica e automação que usem equipamentos cotidianos, tais como: lâmpadas, ventiladores, entre outro equipamentos. O que limita muito a sua aplicação.

O Arduino possibilita a utilização de uma gama infinitamente maior de opções de sensores e por ser uma ferramenta mais robusta, pode ser facilmente conectado a vários periféricos .

Outro ponto fundamental é o preço. Um kit da Lego custa até 10 vezes mais que um kit Arduino.

É valido saber que é possível integrar o LEGO com o Arduino. Essa união pode criar resultados surpreendentes.

Quais os modelos mais famosos de placas Arduino?

Existem diversas modelos de placas Arduino, mas a mais popular é o Arduino Uno e será ela que iremos usar como referência nessa apostila, além dela, temos outras placas muito usadas, tais como o Arduino Mega, Arduino Nano e  o Arduino Micro.

Apesar de diferentes modelos, os projetos que programamos em um modelo pode ser facilmente adaptado para outro. Só fique atento para as particularidades de sua Placa.

Arduino Uno – A placa mais popular

Definitivamente, a mais famosa das placas é o Arduino Uno, esse será o modelo que você mais encontrará nos nossos tutoriais ou em de outros sites.

O motivo dessa popularidade, muito provavelmente, está ligado a ela se a sucessora dos primeiros modelos de placas Arduino desenvolvidas, tal como o Arduino Duemilanove e o Arduino Diecimila, mantendo o mesmo layout.

Além disso, ela possui um tamanho didático e uma configuração boa o suficiente para atender a maior parte dos projetos.

A placa Uno está em sua terceira revisão. Por isso, é comum você encontrar essa placa descrita como Arduino UNO REV3. Porém, depois de tanto tempo da revisão, na grande maioria das vezes, as placas que encontrará, mesmo que não tenha o REV3 ou R3, sinalizando a revisão, provavelmente serão o modelo mais recente.

O Hardware do Arduino Uno

O hardware do Arduino Uno, como a da maioria dos modelos, é simples, entretanto muito eficiente.

Vamos analisar a partir desse momento o hardware do Arduino UNO Rev 3. Ele é composto pelos seguintes blocos:

1. Microcontrolador:

   Esse é o cérebro do Arduino. Um computador inteiro dentro de um pequeno chip. Este é o dispositivo programável que roda o código que enviamos à placa.

   Existem várias opções de marcas e modelos de microcontroladores, nessas placas foram adotados os microcontroladores da Microchip, que inicialmente eram produzidos pela Atmel,  mas especificamente a linha ATmega. O modelo UNO, por exemplo,  usa o microcontrolador ATmega328.

2. Conector USB:

   Conecta a placa ao computador. É por onde o computador e o Arduino se comunicam com o auxílio de um cabo USB, além de ser uma opção de alimentação da placa.

3. Pinos de Entrada e Saída:

   Pinos que podem ser programados para agirem como entradas ou saídas fazendo com que o Arduino interaja com o meio externo. O UNO R3 possui 14 portas digitais (I/O), 6 pinos de entrada analógica e 6 saídas analógicas (PWM).

4. Pinos de Alimentação:

   Fornecem diversos valores de tensão que podem ser utilizados para energizar os componentes do seu projeto. Devem ser usados com cuidado, para que não sejam forçados a fornecer valores de corrente superiores ao suportado pela placa.

5. Botão de Reset:

   Botão que reinicia a placa.

6. Conversor Serial-USB e LEDs TX/RX:

   Para que o computador e o microcontrolador conversem, é necessário que exista um chip que traduza as informações vindas de um para o outro. Os LEDs TX e RX acendem quando o Arduino está transmitindo e recebendo dados pela porta serial respectivamente.

7. Conector de Alimentação: 

   Responsável por receber a energia de alimentação externa, que pode ter uma tensão de no mínimo 7 Volts e no máximo 20 Volts e uma corrente mínima de 300mA. Recomendamos 9V, com um pino redondo de 2,1mm e centro positivo. Caso a placa também esteja sendo alimentada pelo cabo USB, ele dará preferência à fonte externa automaticamente.

8. LED de Alimentação:

   Indica se a placa está energizada.

9. LED Interno:

   LED conectado ao pino digital 13.

Especificações da placa Arduino Uno:

Nesta placa, o microcontrolador ATmega328 é utilizado, este dispõem de 32kb de memória flash e 2kb de SRAM. De maneira simples, a memória flash é o local na qual nosso programa será salvo, já a SRAM é a memória na qual nossas variáveis serão salvas. A diferença básica entre esses dois tipos de memória é que a flash não perde seus dados caso o Arduino seja desligado ou reiniciado o mesmo não é válido para a SRAM.

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IDE Arduino

Uma das grandes vantagens da plataforma Arduino está no seu ambiente de desenvolvimento, que usa uma linguagem baseada no C/C++, linguagem bem difundida, usando uma estrutura simples.

Por isso, mesmo pessoas sem conhecimento algum em programação conseguem, com pouco estudo, elaborar programas rapidamente.

Para baixar a IDE Arduino acesse o site oficial. No site, clique na aba software.

Na página software, procure pela última versão do Arduino IDE. No dia em que escrevo é a versão 1.8.4.

Escolha a IDE adequada a seu sistema operacional:

Na página que abará, clique em JUST DOWNLOAD

Windows

• Primeira Opção: baixar o instalador (Installer) que funciona como qualquer outro instalador de programa.
• Segunda Opção: Baixar todos os arquivos da IDE Arduino compactados para Windows (ZIP file), nessa versão basta baixar e descompactar na pasta que você desejar, inclusive no seu pen driver ou HD virtual. Eu costumo descompactar na Área de Trabalho.
• Terceira opção: Aplicativo para windows 10.

Mac OS X

Basta baixar e instalar

Linux

Baixar todos os arquivos da IDE Arduino compactados para Linux (32bit ou 64bit), nessa versão basta baixar e descompactar na pasta que você desejar, inclusive no seu pen driver ou HD virtual. Eu costumo descompactar na Área de Trabalho.

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Entendendo a IDE Arduino

Em resumo, é um programa simples de se utilizar e de entender com bibliotecas que podem ser facilmente encontradas na internet. As funções da IDE do Arduino são basicamente três: permitir o desenvolvimento do software, de enviá-lo à placa para que possa ser executado e de interagir com a placa Arduino.

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Como aprender a usar o Arduino

O Arduino é uma plataforma de fácil utilização e com infinitas possibilidades de aplicação. Há muito conteúdo disponível sobre ele na internet e isso o faz ainda mais especial.

Porém, ainda assim, as vezes não é fácil encontrar um material que organize de forma didática tudo que se precisa saber quando se está começando nesse mundo. Visto que proposta dessa placa é que qualquer um possa criar seu próprio projeto de automação, mesmo sem um conhecimento técnico muito profundo.

Levando isso em consideração, desenvolvemos uma séria de três apostilas gratuitas para que qualquer um possa aprender a usá-lo!

Elas abordam os assuntos mais básicos, levando em conta aqueles que não sabem nada sobre o assunto.

O melhor de tudo é que elas são gratuitas!! =D

Você pode saber mais sobre elas no link a seguir: Apostila Arduino

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A comunidade Arduino

Existem varias outra placas concorrentes e que muitas vezes são melhores em hardware, tal como a Freescale, MSP, etc.

Então o que faz dessa placa tão famosa? A sua comunidade!

Portanto, você pode digitar qualquer tipo de dúvida sobre Arduino na internet que raramente não encontrará alguém falando sobre. Fóruns, blogs, portais, canais do Youtube, etc. Uma infinidade de opções de lugares onde você poderá encontrar pessoas falando sobre o mesmo assunto.

De alguma forma, existe algo em torno dessa plataforma que contagia as pessoas a compartilharem suas experiências.

Por exemplo, o portal Vida de Silício abre espaço para que qualquer um interessado em escrever tutorias se inscreva como autor.

A maioria dos tutoriais foram escritos por pessoas que se dispuseram a ajudar a comunidade. Existe um senso de que, dessa forma, estamos ajudando o mundo.

– Dica 1: Tutoriais em inglês

Mesmo que exista muito conteúdo em português, as vezes não encontramos algo que precisamos. Então, lembre-se de fazer uma pesquisa em inglês.

Você irá descobrir que existe muita gente no mundo falando sobre esse assunto e muito provavelmente alguém já enfrentou o mesmo problema que você.

– Dica 2: Sites referência

Alguns site onde você encontrará pessoas compartilhando conteúdo sobre projetos com Arduino:

• Portal Vida de Silício (Português): Claro que vamos puxar um pouco de sardinha para nosso lado, hehehe. Mas falando sério, tem muito tutorial bom aqui no portal. A galera se esforça para escrever conteúdos surpreendentes.  Mas claro que existem muitos outros blogs na internet tal como o Br-Arduino e o Arduino & Cia que por diversas vezes nos serviu como material de consulta.
• Forum Arduino (em Português) : Esse é o forum oficial. Existem muitos outros foruns na internet, mas esse reuni uma grande quantidade de pessoas se ajudando e ótimos tópicos já resolvidos que você pode consultar.
• Instructables (Inglês): A proposta desse site é reunir em um só lugar tutoriais que ensinem a fazer praticamente qualquer coisa. Com isso, existem diversas aplicações criativas usando Arduino cujo o qual você pode se inspirar.
• Embarcados: O embarcado é algo como o Portal Vida de Silício, só que com conteúdos mais voltados para sistemas embarcados. Com certeza tem muita coisa bacana lá para você usar.

Fechamento

Enfim, aprendemos o que é Arduino e suas principais funcionalidades.

Esperamos que tenham gostado, deixe seu comentário com duvidas, sugestões ou com a foto ou vídeo de seu projeto!! Compartilhe à vontade.