Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000:

Chassi 2WD como Seguidor de Linha:

O seguidor de linha é um dos primeiros projetos de robótica móvel que todos os entusiastas, hobistas ou profissionais constroem no intuito de nos ensinar o quão simples e ainda sim inigualável é a cultura maker e as tecnologias de interação entre nós e os objetos e entre os objetos. Precipuamente, antes de irmos para a montagem do Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000  vamos aprender sobre os principais componentes para o seu funcionamento, sendo o restante conectores, alimentação e a carcaça do carrinho. Para a construção do seguidor de linha utilizaremos o Módulo segue faixa(TCRT5000), Módulo Driver ponte H HG7881 L9110S, Protoboard, jumpers e Adaptador P4/KRE Macho para a conexão e, o Chassi 2WD que é a carcaça do Robô.

Imagem do seguidor de faixa

Para melhor entendimento deste tutorial é necessário que você já tenha um conhecimento prévio sobre Arduino e ponte H. Entretando não se preocupe, pois nossa equipe já produziu outros tutoriais sobre esses assuntos e você pode conferir alguns destes nos seguintes links: Entradas e Saídas Analógicas e Módulo Ponte H L298n.

- Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000 nas escolas

Em início, como já sabemos, o seguidor de linha já é muito utilizado em indústrias, mas para que utilizar nas escolas? Bem, com um projeto deste, mesmo que simples, podemos integrá-lo em diversas áreas. O robô seguidor de linha, em suma, foi criado para competições interdisciplinares e ajudar jovens a trabalhar em equipe e desenvolver o cognitivo.

Então, na História, filosofia e sociologia podemos aprender como se desenvolveu a tecnologia até a criação do robô, bem como surgiu o arduino ou como a cultura maker, sendo está uma arte, é tão disseminada por todo o globo terrestre. Na geografia como robôs e equipamentos eletrônicos foram e são tão importantes para descobertas e no nosso dia a dia como, por exemplo, prever o clima. Já na matemática temos a rotação dos motores e na física a energia elétrica que passa pelo circuito e o funcionamento óptico do sensor de faixa e suas cores preta e branca.

- Como funciona um Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000 ?

Imaginemos uma pista de corrida preta e um carro sobre ela com sensores de detecção de infravermelho embaixo do carro, quando o carro sair da pista a cor do chão irá mudar e os sensores irão detectar está mudança fazendo o que o carro vire voltando assim de volta para pista. No caso da imagem abaixo somente quando ele receber o infravermelho que ele irá virar, pois será quando o carro saiu da pista preta.

Imagem de um carro em uma pista de corrida

Similarmente o seguidor de linha deve seguir andando por cima de uma linha de cor preta (fita isolante) ou branca. Os circuitos podem alternar entre as cores do campo e da faixa, no nosso caso iremos assumir que a pista é branca e a faixa é preta, ou seja, quando o carro detectar a cor preta, não recebendo o infravermelho de volta ele irá virar. Usaremos 2 sensores infravermelhos que detectam a presença ou não desta faixa. De acordo com a combinação dos sensores, o carrinho irá para frente ou virar para um dos lados.

Imagem do funcionamento do sensor de faixa

Na imagem acima temos um carrinho com dois sensores nas laterais onde quando detectar a presença do preto o carrinho vira. Enquanto o carrinho não está detectando a cor preta o motor das rodas fica girando em uma velocidade constante com 360°graus de rotação em linha reta.

- Funcionamento do sensor infravermelho

O módulo sensor TCRT5000 emite uma luz infravermelha por um LED negro e capta o reflexo com um LED receptor (LED claro). Como sabemos pela física, a luz reflete em superfícies claras, sendo a branca a que mais reflete, e é absorvida em superfícies escuras, sendo a preta a que mais absorve, como a fita isolante. Sendo assim o LED receptor irá detectar a luz infravermelha no branco e não detectar no preto. Entretanto, para uma melhor eficácia do sensor, a superfície em contraste com a faixa preta deve ser branca.

Funcionamento do sensor infravermelho

Muitas vezes haverá a necessidade de ajustarmos a sensibilidade do sensor por isso ele possui um potenciômetro de calibração.

- Diferença entre sensores infravermelhos obstaculo e o TCRT5000

Nos pode usar diferentes sensores infravermelhos para o projeto seguidor de linha, o que precisamos considerar é as especificações de cada um. Um sensor infravermelho amplamente utilizado é o TCRT5000, o qual utilizaremos neste tutorial, que tem como vantagem seu tamanho e preço. Porém, ele precisa está próximo ao chão para que seja capaz de identificar a faixa, uma vez que seu alcance é de até 8mm. Entretanto, ele possui a vantagem de sofrer menos interferências de luzes infravermelhas externas.

Módulo Sensor de linha TCRT5000

Em contrapartida, a vantagem de usar o sensor de obstaculo é o seu maior alcance possuir ajuste, porem ele é mais suscetível a interferências das luzes ambientes.

Sensor de obstáculo infravermelho

Nesse tutorial, usaremos o TCRT5000. Dessa forma, caso esteja usando o sensor de obstaculo infravermelho, fique atento com as interferências. O local precisa estar bem iluminado e sem reflexo de luzes que possam mudar a cor da superficie que o sensor incidir.

Controlando motores com Ponte H

Quando lidamos com controle de cargas que consomem grande quantidade de energia, é importante que essas cargas sejam controladas com circuitos que separem o circuito de controle do circuito de potência. Para controlar motores, é comum usarmos um circuito chamado ponte H, ele é capaz por controlar o sentido de giro do motor e a sua velocidade, usando o PWM.

- PWM

PWM (Pulse Width Modulation – Modulação por Largura de Pulso) é uma técnica para obter resultados analógicos por meios digitais (Leia mais sobre Grandezas digitais e analógicas e PWM). Essa técnica consiste na geração de uma onda quadrada em uma frequência muito alta em que pode ser controlada a porcentagem do tempo em que a onda permanece em nível lógico alto, alterando, assim, a tensão média.

Por exemplo, se a saída é de 5V, porém ela fica apenas 50% do tempo em 5V e outros 50% do tempo em nível lógico baixo, isso resulta em uma tensão média de 2,5V (50% x 5V). Dessa forma, esta variável de tempo é capaz de controlar de velocidade do nosso carrinho alterando a tensão média aplicada no motor. Os valores de PWM variam de 0 (parado) até 255 (velocidade máxima ou 5 V).

- Controlando a velocidade do motor através da Ponte H

Existem várias opções de Ponte H, nesse tutorial usaremos o Módulo Driver Ponte H HG7881 L9110S que dispões de duas pontes H, sendo capaz de controlar dois motores. Cada ponte H possui um pino que ativa ou não a ponte H. Caso tenha um sinal de 5V aplicado nele, a ponte estará ligada, caso seja 0V a ponte estará desligada.

Imagem da ponte H

O "Motor A" e "Motor B" da parte superior utilizaremos como conexões de saída para alimentação dos motores A e B. No entanto, já o "Motor A" e o "Motor B" da parte inferior utilizaremos  para receber e passar informação para os motores A e B, respectivamente. Através desses pinos conectados ao Arduino podemos controlar a velocidade e o sentido de rotação dos motores A e B, respectivamente. A parte de alimentação serve para alimentar o modulo com tensão entre 2.5 a 12V (Corrente Contínua).

Apesar de a ponte H ser controlada por um sinal de 5V, elá pode chavear uma tensão diferente. Podemos, por exemplo, controlar uma tensão de 6V, vindo de um conjunto de 4 pilhas AA. Nesse caso, apesar de o sinal PWM ser de 5V ele modulará os 6V nos motores. Vai depender da tensão necessária para o funcionamento dos motores.

Podemos calcular a tensão de alimentação com a fórmula: Vm = Va + 1,5V (Vm = tensão mínima necessária para alimentar o motor, Va = tensão nominal do motor DC). Como exemplo temos que caso o motor tenha uma tensão nominal de 3,5 V a tensão mínima da fonte externa deve ser de 5,0V.

-Datasheet

No datasheet do chip L9110S podemos obter diversas informações de como é o funcionamento e controle da ponte H por esse chip. Em suma, uma das observações que podemos fazer é na tabela de tensão e conrrente, onde está indicando que a tensão minima é 2.5V e a maxima é 12V. Já a corrente de operação, podemos observar que a minima é de 200 microampere e a maxima é de 500 microampere. Em contrapartida, temos outra tabela ao lado sobre os pinos de rotação horaria e anti-horaria do motor como na tabela abaixo:

Tabela de rotação dos motores

Ou seja, existem apenas dois tipos de rotação, a normal e a invertida. No nosso programa nos só queremos a rotação normal, sendo assim utilizaremos a primeira linha de High e Low.

 

Mãos a obra - Montando um Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000

Componentes Necessários

• 1 x Arduino UNO
• Jumpers Fêmea x Macho e Jumpers Macho x Macho
• 2 x Módulo TCRT5000 (ou Sensores de obstaculo infravermelho)
• 1 x Chassi Robô móvel 2WD ( Ou 2 x Motores DC 5 v com roda + um suporte para o carrinho)
• 1 x Ponte H HG7881
• 1 x Adaptador P4/KRE Macho
• Protoboard

- Montando o projeto do Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000

Abaixo segue o esquema de ligações e montagem eletrônica do driver Ponte H HG7881:

Diagrama de montagem da Ponte H

A carcaça do robô deve ser montada conforme o manual. Agora segue o esquema de ligações e montagem eletrônica dos Módulos TCRT5000:

Diagrama de montagem dos Módulos TCRT5000 

Os módulos devem ser fixos na frente do chassi em direção ao chão na parte de baixo para poder detectar o caminho a ser seguido. Como resultado aos esquemas anteriores temos um esquema completo de montagem Ponte H + Módulos TCRT5000:

Diagrama de montagem Ponte H + Módulos TCRT5000

Este projeto possui um procedimento de montagem complexo devido ao fato da necessidade de termos que passar vários fios por um espaço limitado ao tamanho do chassi do carrinho. Como resultado da montagem do robô temos as imagens abaixo:

Imagens do carrinho pronto

 

PS: Devemos Lembrar que o suporte das baterias deve ficar instalado embaixo do carrinho.

- Calibração do Sensor infravermelho

Ao usar o sensor infravermelho, seja o TCRT5000 ou o sensor de obstaculo, você precisa calibrar o sensor para que seja capaz de detectar adequadamente a mudança de cor entre preto e branco. Esta calibração deve ser feita no próprio sensor com o auxílio de uma chave de fenda no potenciômetro acoplado a ele.

Potenciometro(Trimpot) de ajuste do sensor

- Programando o Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000

Neste instante vamos conectar o arduino no computador e abrir a IDE arduino. Desta forma iremos escrever o programa abaixo na IDE e compilar o programa para o seu arduino.

Em contrapartida, antes de carregar o programa, você precisa selecionar qual porta você deseja usar para fazer o carregamento do seu programa no Arduino (upload). Dentro do Arduino IDE, clique no menu Ferramentas (tools) e abra o submenu Porta(Port). Clique na porta que seu Arduino está conectado, tal como COM3 ou COM4. Geralmente aparece o nome da placa Arduino : “COM3 (Arduino/Genuino Uno)”.

#define M1AA 10 //Definição do pino que controla o motor A
#define M1AB 11 //Definição do pino que controla o motor A
#define M2BA 5  //Definição do pino que controla o motor B
#define M2BB 6  //Definição do pino que controla o motor B

#define pinS1 7 //Definindo o pino 7 como pino do primeiro sensor
#define pinS2 8 //Definindo o pino 8 como pino do segundo sensor

bool Sensor1 = 0; //Declarando a variavel "Sensor1" e atribuindo a ela o valor "0"
bool Sensor2 = 0; //Declarando a variavel "Sensor2" e atribuindo a ela o valor "0"

int velocidade = 125; //Declarando a variavel "velocidade" e atribuindo a ela o valor "125"

void setup(){
  pinMode(M1AA, OUTPUT); // Define o pino de controle do motor A como saída
  pinMode(M1AB, OUTPUT); // Define o pino de controle do motor A como saída
  pinMode(M2BA, OUTPUT); // Define o pino de controle do motor B como saída
  pinMode(M2BB, OUTPUT); // Define o pino de controle do motor B como saída


  digitalWrite(M1AB, LOW);  // Setamos a direção inicial do motor 1 como 0, isto fará com que o motor gire para frente
  digitalWrite(M2BB, LOW);  // Setamos a direção inicial do motor 2 como 0, isto fará com que o motor gire para frente
  
  pinMode(pinS1, INPUT); // Define o pino do sensor 1 como entrada
  pinMode(pinS2, INPUT); // Define o pino do sensor 2 como entrada


}

void loop(){
  Sensor1 = digitalRead(pinS1); // A variavel "Sensor1" recebe o valor digital lido pelo sensor 1
  Sensor2 = digitalRead(pinS2); // A variavel "Sensor2" recebe o valor digital lido pelo sensor 2
  
  if((Sensor1 == 0) && (Sensor2 == 0)) // Os dois lados detectaram branco
  {
    analogWrite(M1AA, velocidade); //O motor A recebe velocidade 125
    analogWrite(M2BA, velocidade); //O motor B recebe velocidade 125
    delay(25);
  }
  if((Sensor1 == 1) && (Sensor2 == 0)) // O primeiro sensor detectou preto e o segundo branco
  {
    analogWrite(M1AA, 0); //O motor A recebe velocidade 0
    analogWrite(M2BA, 140); //O motor B recebe velocidade 140, girando assim o carrinho
    delay(25); //Espera de 25 milissegundos
  }
  if((Sensor1 == 0) && (Sensor2 == 1)) // O primeiro sensor detectou branco e o segundo preto
  {
    analogWrite(M1AA, 140); //O motor A recebe velocidade 140, ficando assim ligado
    analogWrite(M2BA, 0); //O motor B recebe velocidade 0, desligando-o e fazendo assim o carrinho virar no outro sentido
    delay(25); //Espera de 25 milissegundos
  }
}

 

– Testando o funcionamento do Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000:

Agora é só pôr o carrinho para rodar na pista!

Video do carrinho funcionando e seguindo a faixa

- Problemas recorrentes e como resolver

Bateria baixa – Os testes podem ter consumido a bateria e talvez seja necessário o uso de uma nova. Baterias abaixo de 6,5 Volts já começam a diminuir a eficiência do carrinho e já pode não ser mais suficiente para energizar os motores como vimos anteriormente.

Carrinho saindo da pista – Isso pode acontecer por ele estar rápido de mais ou por falha do infravermelho. Em caso de ele estar muito rápido basta trocar a velocidade dos motores em cada situação. Se o problema for com o contraste da pista (talvez parte dela esteja mais escura) use 2 LEDs de alto brilho na frente do carrinho para iluminar a pista próximo aos sensores. Os LEDs podem ir conectados direto no 5 V do arduino (lembrando de por um resistor de 300Ohms). Também pode ser que os sensores não estejam detectando o chão, pois foram colocados em uma posição que não facilita a leitura ou podem estar acima de 8mm do chão dificultando a leitura.

Carrinho não anda – Este é um problema complexo, pois podem ter infinitas possibilidades. Tente isolar os componentes e testar 1 por 1, principalmente os motores e a ponte H. Em alguns casos pode ser problemas de aterramento da bateria também, ou seja, a conexão dos jumpers.

 

PS: Vale ressaltar que o robô pode não fazer o percurso de primeira, o que significa que ajustes devem ser feitos no código ou até mesmo no hardware.

 

Entendendo a fundo

Software

– Definições e Declarando variáveis utilizadas no projeto do Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000

Inicialmente a instrução #define apenas associa os pinos do arduino nomes referente aos componentes conectados nestes pinos.  Semelhantemente, temos logo depois a declaração de variaveis e atribuições de valores a estas variaveis. Nas variaveis declaradas "Sensor1" e "Sensor2" do tipo bool atribuimos a elas o valor "0". Já na variavel declarada do tipo int atribuimos a ela o valor "125", pois é o valor de velocidade que queremos para os motores.

#define M1AA 10 //Definição do pino que controla o motor A
#define M1AB 11 //Definição do pino que controla o motor A
#define M2BA 5  //Definição do pino que controla o motor B
#define M2BB 6  //Definição do pino que controla o motor B

#define pinS1 7 //Definindo o pino 7 como pino do primeiro sensor
#define pinS2 8 //Definindo o pino 8 como pino do segundo sensor

bool Sensor1 = 0; //Declarando a variavel "Sensor1" e atribuindo a ela o valor "0"
bool Sensor2 = 0; //Declarando a variavel "Sensor2" e atribuindo a ela o valor "0"

int velocidade = 125; //Declarando a variavel "velocidade" e atribuindo a ela o valor "125"

– Função Void Setup()

A função setup é aquela que irá rodar apenas uma vez quando nosso programa for iniciado. Ela é do tipo void, ou seja, não tem retorno e também não tem parâmetros de entrada. A função pinMode serve para definir quais serão os pinos de entrada e de saida. Repare que apenas os que declaramos com #define anteriormente, estão no pinMode, isto é porque as outras são variaveis que escolhemos para atribuir valores. Na função pinMode definimos que M1AB, M1AA, M2BA, M2BB (pinos dos motores) são saida e os pinos dos sensores pinS1 e pinS2 são entradas.

pinMode(M1AA, OUTPUT); // Define o pino de controle do motor A como saída
pinMode(M1AB, OUTPUT); // Define o pino de controle do motor A como saída
pinMode(M2BA, OUTPUT); // Define o pino de controle do motor B como saída
pinMode(M2BB, OUTPUT); // Define o pino de controle do motor B como saída

pinMode(pinS1, INPUT); // Define o pino do sensor 1 como entrada
pinMode(pinS2, INPUT); // Define o pino do sensor 2 como entrada

– Definindo sentido de giro dos motores no projeto do Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000

Proseguindo temos a função digitalWrite que escreve nas portas do M1AB e M2BB nivel logico baixo, ou seja, o motor não irá girar para trás, fazendo assim com que os motores girem somente para frente.

digitalWrite(M1AB, LOW);  // Setamos a direção inicial do motor 1 como 0, isto fará com que o motor gire para frente
digitalWrite(M2BB, LOW);  // Setamos a direção inicial do motor 2 como 0, isto fará com que o motor gire para frente

– Função  Void Loop ()

Por analogia, a função loop ao contrário da setup rodará tudo que estiver dentro dela varias vezes em um loop constante até que seja reiniciado ou parado o programa.

– Leituras dos Sensores no projeto do Robô Seguidor de Linha com Sensor TCRT5000

De inicio temos as variaveis Sensor1 e Sensor2 recebendo o valor (0 ou 1, pois é digital) da leitura dos pinos dos sensores pinS1 e pinS2, sendo a função responsável por está leitura a digitalRead().

Sensor1 = digitalRead(pinS1); // A variavel "Sensor1" recebe o valor digital lido pelo sensor 1
Sensor2 = digitalRead(pinS2); // A variavel "Sensor2" recebe o valor digital lido pelo sensor 2

– Controlando a direção do robô

Logo após as variaveis receberem esses valores vamos para a estrutura de decisão if onde temos as condições que se os dois sensores receberem o valor "0", ou seja, detectaram a cor branca, será escrito nos pinos dos motores a velocidade 125 declarada anteriormente fazendo com que o carrinho continue andando reto.

if((Sensor1 == 0) && (Sensor2 == 0)) // Os dois lados detectaram branco
{
  analogWrite(M1AA, velocidade); //O motor A recebe velocidade 125
  analogWrite(M2BA, velocidade); //O motor B recebe velocidade 125
  delay(25);
}

Agora, caso a varivel Sensor1 receba o valor 1(o sensor detectou assim a cor preta)e  a variavel Sensor2 receba o valor 0(o sensor detectou a cor branca) a estrutura de decisão abaixo que será verdadeira e não a de cima, fazendo com que escreva no pino do motor 1 a velocidade 0 e no pino do motor 2 a velocidade 140, girando assim o carrinho como mostra na Imagem do funcionamento do sensor de faixa.

if((Sensor1 == 1) && (Sensor2 == 0)) // O primeiro sensor detectou preto e o segundo branco
 {
   analogWrite(M1AA, 0); //O motor A recebe velocidade 0
   analogWrite(M2BA, 140); //O motor B recebe velocidade 140, girando assim o carrinho
   delay(25); //Espera de 25 milissegundos
 }

Em ultima alternativa temos o contrario da anterir. Caso não seja o primeiro sensor que detectou o preto, mas sim o segundo a estrutura de decisão abaixo que será verdadeira e não as anteores fazendo com que escreva no pino do motor 1 a velocidade 140 e no pino do motor 2 a velocidade 0, girando assim carrinho para o outro lado como mostra na Imagem do funcionamento do sensor de faixa.

 if((Sensor1 == 0) && (Sensor2 == 1)) // O primeiro sensor detectou branco e o segundo preto
  {
    analogWrite(M1AA, 140); //O motor A recebe velocidade 140, ficando assim ligado
    analogWrite(M2BA, 0); //O motor B recebe velocidade 0, desligando-o e fazendo assim o carrinho virar no outro sentido
    delay(25); //Espera de 25 milissegundos
  }
}

Hardware

O carrinho funciona com uma comunicação entre os sensores, o Arduino e a ponte H controlando os motores. Por meio das leituras que os sensores fazem do meio e enviam para o Arduino por meio das portas digitais, o controlador irá acionar um motor mais rápido ou mais devagar do que o outro. Os sensores emitem 5 V (faixa preta) ou 0 V(pista branca) para as portas digitais. O Arduino modula os valores de velocidade pelos valores PWM que variam de 0 volts (0) até 5 volts (255), fazendo isso ao longo de todo trajeto. A bateria que alimenta o Arduino energiza não somente o controlador como também a ponte H dos motores por meio do pino Vin do Arduino.

 

Considerações finais:

Neste tutorial mostramos como funciona e como montar o robô seguidor de faixa. Caso queria veja também o tutorial “ROBÔ SEGUIDOR DE LINHA”, nele utilizamos o sensor de obstáculos para construir o seguidor de faixa. Esperamos que você continue nos acompanhando e sinta-se à vontade para nos dar sugestões, críticas ou elogios. Lembre-se de deixar suas dúvidas nos comentários abaixo.

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by Angelo Lyra

Sensor de Chuva: Detectando água

MÓDULO SENSOR DE CHUVA: DETECTANDO LIQUIDO

Neste tutorial vamos ensinar a utilizar o sensor de chuva com arduino para projetos que precisam da detecção de água. Antes de mais nada utilizaremos um sensor de chuva para atuar na detecção de partículas liquidas.

O  que é o módulo sensor de chuva?

Este sensor como todos os outros trabalha com os conceitos físicos.

— Funcionamento

Precipuamente, o sensor de chuva usa da reflexão e refração da luz infravermelha para seu funcionamento que como por exemplo em um para-brisa a propriedade de reflexão é aplicada a ele e o sensor de chuva inicia seu trabalho. Quando há a presença de partículas de chuva no para-brisa o recebimento da luz infravermelho diminui, ou seja, quando há presença de algum líquido, a quantidade de luz recebida pelo sensor diminui, alterando a leitura desse infravermelho do sensor. Então, o sensor de chuva consegue detectar essa diferença na reflexão.

 

- Os terminais deste sensor são:

• VCC(+) – Tensão de entrada, entre 3,3 a 5 volts
• GND(-) – O pino de O V do módulo, conectado ao GND do Arduino ou fonte
• Saida Analogica(A0) – Pino de saída analogica (retorna o valor da intensidade do som captado)
• Saída Digital(D0)– Pino de saída digital (retorna HIGH ou LOW)

Módulo do sensor de chuva

Mãos à obra — Configurando um sensor de chuva

Componentes Necessários

• 1 x Arduino Uno R3
• 1 x Módulo sensor de chuva
• 1 x Protoboard
• 1 x LED
• 1 x Resistor de 150Ohms
• Jumpers Macho x Macho
• Jumpers Macho x Fêmea
• Jumpers Femea x Fêmea (Já vem com o sensor)

- Montando o projeto:

A princípio vamos utilizar os jumpers que vem com a placa sensora  para conectar ela ao módulo de leitura. Já os jumpers não possuem distinção, ou seja, podem ser conectados de ambos os lados. Ligue ao módulo de leitura.  Conectaremos o VCC do módulo no 5V do arduino, o GND do módulo no negativo(-) da protoboard e o pino D0 do módulo no pino digital 3 do arduino. Na protoboard vamos conectar o LED sendo que a perna menor do LED será conectada ao negativo(-) da protoboard e a perna maior no resistor de 150ohms.  Por outro lado, a outra extremidade do resistor este será conectada ao pino digital 12 do arduino. Enfim, o GND do arduino ao negativo(-) da protoboard para assim fechar o circuito. Veja o circuito abaixo:

Diagrama de montagem do sensor de chuva

- Programando o Arduino:

Agora vamos conectar o arduino no computador e abrir a IDE arduino.  Escreva o programa abaixo na IDE e compile o programa para o seu arduino.

Antes de carregar o programa, você precisa selecionar qual porta você deseja usar para fazer o carregamento do seu programa no Arduino (upload). Dentro do Arduino IDE, clique no menu Ferramentas (tools) e abra o submenu Porta(Port). Clique na porta que seu Arduino está conectado, tal como COM3 ou COM4. Geralmente aparece o nome da placa Arduino : “COM3 (Arduino/Genuino Uno)”.

#define pinoLed 12 //PINO DIGITAL UTILIZADO PELO LED
#define pinoSensor 3 //PINO DIGITAL UTILIZADO PELO SENSOR

int lersensor = 0;// DECLARA UMA VARIAVEL CHAMADA lersensor E ATRIBUA A ELA O VALOR 0

void setup(){
  pinMode(pinoSensor, INPUT); //DEFINE O PINO COMO ENTRADA
  pinMode(pinoLed, OUTPUT); //DEFINE O PINO COMO SAÍDA
}

void loop(){
 lersensor = digitalRead(pinoSensor);
  if(lersensor == LOW){ //SE A LEITURA DO PINO FOR IGUAL A LOW, FAZ
      digitalWrite(pinoLed, HIGH); //ACENDE O LED
  }else//SENÃO, FAZ
  {
    digitalWrite(pinoLed, LOW); //APAGA O LED
  }

Enfim, quando tudo estiver correto o sensor de chuva ficará constantemente em nível lógico alto (HIGH) enquanto a placa sensora estiver seca. Quando ela começa a receber pingos, o nível lógico vai para baixo (LOW). Caso queira ou aja necessidade também é possível realizar a leitura analógica dos valores lidos e assim poder agir gradativamente conforme a chuva.

ATENÇÃO: não esqueça de definir a placa e a porta que esta utilizando para carregar o programa.

 

Imagem do circuito do sensor de chuva funcionando

Como resultado temos que ao detectar uma quantidade de líquido pre-determinado, ajustando a sensibilidade no potenciômetro(trimpot), o LED acenderá.

Potenciômetro do sensor para a regulação de sensibilidade

 

Entendendo a fundo:

Software

— Definições e variáveis utilizadas no projeto do sensor de chuva com arduino

A instrução #define apenas associa as portas dos pinos do arduino a nomes referente aos componentes conectados nestes pinos. Logo depois as variáveis declaradas com o tipo int são atribuídas a elas valores escolhidos pelo programador.

#define pinoLed 12 //PINO DIGITAL UTILIZADO PELO LED
#define pinoSensor 3 //PINO DIGITAL UTILIZADO PELO SENSOR

int lersensor = 0;// DECLARA UMA VARIÁVEL CHAMADA "lersensor" E ATRIBUI-LHE O VALOR "0"

— Função Setup – Definindo pinos do sensor de chuva com arduino

A função setup é aquela que ira rodar apenas uma vez quando nosso programa for iniciado. Ela é do tipo void, ou seja, não tem retorno e também não tem parâmetros de entrada. A função pinMode define que o pino do sensor será uma entrada e o pino do led será uma saída.

void setup(){
  pinMode(pinoSensor, INPUT); //DEFINE O PINO COMO ENTRADA
  pinMode(pinoLed, OUTPUT); //DEFINE O PINO COMO SAÍDA
}

— Função Loop – Leitura do nosso sensor de chuva com arduino e Estruturas de decisão

Em analogia, a função loop ao contrário da setup roda tudo que estiver dentro dela varias vezes em um loop constante até que seja reiniciado ou parado o programa. Na variável lersensor será atribuído a leitura do pino digital 3 que está o sensor. Logo apos, temos a estrutura de decisão if. Primeiramente, caso a variável lersensor seja igual ao nível logico baixo, já que o sensor não está detectando a luz infravermelha, então será executado a função no if. Em contrapartida, se a variável lersensor for igual ao nível logico alto significa que o sensor está detectando a luz infravermelha e que a condição dentro do if é falsa, então não possui liquido sobre o sensor. Assim sendo, será executado o else.

A função digitalWrite irá escrever no pino digital 12 onde está o LED (declarado anteriormente como saída), nível logico alto ou nível logico baixo dependendo se a condição dentro dos parenteses da estrutura de decisão if for verdadeira ou falsa.

void loop(){
 lersensor = digitalRead(pinoSensor);
  if(lersensor == LOW){ //SE A LEITURA DO PINO FOR IGUAL A LOW, FAZ
      digitalWrite(pinoLed, HIGH); //ACENDE O LED
  }else//SENÃO, FAZ
  {
    digitalWrite(pinoLed, LOW); //APAGA O LED
  }

Hardware

— Trimpot:

No módulo de leitura existe um potenciômetro(trimpot) para o ajustar de quando o sensor entenderá como chuva ou seco. Dependendo da intensidade da chuva que você pretende sentir.

 

Considerações finais:

Neste tutorial mostramos como funciona e como utilizar o sensor de chuva. Semelhantemente a ele tem o sensor de umidade, esperamos que você continue nos acompanhando e sinta-se à vontade para nos dar sugestões, críticas ou elogios. Lembre-se de deixar suas dúvidas nos comentários abaixo.

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by Angelo Lyra

Sensor de Som com arduino: Acendendo uma Lâmpada

ACENDENDO UMA LÂMPADA COM VIBRAÇÕES SONORAS

Este tutorial visa ensinar uma maneira prática de utilizar o sensor de som com arduino para automação residencial. Enfim daremos o primeiro passo para desenvolver um sistema inteligente acendendo uma lâmpada quando o sensor de som detectar vibrações sonoras.

O  que é o módulo sensor de som?

O sensor de som com arduino apesar de muitos acreditarem ser um microfone, na verdade, constitui uma placa de circuito impresso com uma função específica. O módulo faz com que emite pulsos de energia ao detectar som fazendo com que uma lâmpada acenda ou apague. Este sensor também pode ser utilizado como um "sensor de presença" do ambiente, porém utilizarão ondas sonoras para entender o que acontece ao seu redor. 

- Funcionamento

Precipuamente o sensor realiza a transformação da intensidade das ondas sonoras para tensões de 0 a 5V. Em segundo plano, o pino de leitura digital manda um sinal de nível alto se detectar som. Além disso, o sensor de som utiliza o microfone para captar o som, identificando a vibração das ondas no meio e o Trimpot(Potenciômetro) para ajustar a sensibilidade do microfone a essas vibrações.

Este componente possui um potenciômetro com a função de ajustar a sensibilidade do som que queira detectar. Possui dois leds em sentidos opostos onde um serve para alertar que o módulo está energizado e o outro que a saída está ativa, pois ele detectou som. Ademais é possível construir seu próprio sensor de som com praticamente os mesmos componentes do módulo. Entretanto o modulo sensor de som fornece maior praticidade na hora da utilização, com ele é possível controlar diversos eletrodomésticos em sua casa sem o auxílio de interruptores convencionais, ou seja, utilizando apenas o bater de palmas. 

- Ondas sonoras

De início são ondas mecânicas que vibram em uma frequência de 20 a 20.000 hertz (Hz), sendo normalmente perceptíveis pelo ouvido humano. Elas são originadas por vibrações no meio material em que elas vão se propagar, onde na maioria dos casos, esse meio é o ar. Além disso, essa vibração é transmitida para as moléculas de ar que estão ao redor, que por sua vez passam a vibrar. O sensor de som detectas essas ondas e em seguida atua através das saídas nos fornecendo os resultados que o programamos para ter.

ATENÇÃO: tenha cuidado ao executar projetos envolvendo alta tensão! Certifique-se de realizar as conexões entre os componentes com o circuito desligado da rede.

 

- Os terminais deste sensor são:

• VCC(+) – Tensão de entrada, entre 3,3 a 5 volts
• GND(-) – O pino de O V do módulo, conectado ao GND do Arduino ou fonte
• Saída(OUT) – Pino de saída

Sensor de Som

Mãos à obra — Automatizando uma lâmpada

Componentes Necessários

• 1 x Arduino Uno R3
• 1 x Módulo sensor de som
• 1 x Protoboard
• 1 x Módulo relé 1 Canal 5V 
• 1 x Clip bateria 9V com terminal P4
• 1 x Fonte externa
• 1 x Bocal
• 1 x Lâmpada
• Jumpers Macho x Macho
• Jumpers Macho x Fêmea

 

- Montando o projeto:

Primeiramente veremos como funciona um interruptor eletromecânico (Relé) para ligar e desligar a lâmpada com indução magnética. Conecte o 5v e o GND do arduino nos pinos horizontais da protoboard. Logo depois, conecte o módulo sensor de som na protoboard, o VCC será conectado no 5v da protoboard e o GND do módulo será conectado no GND da protoboard. Posteriormente o OUT do sensor de som conectaremos no pino 4 do arduino.

Além disto, conecte agora o módulo relé. O VCC do módulo será conectado no 5v da protoboard e o GND do módulo relé no GND da protoboard. A porta IN do módulo relé será conectada no pino 7 do arduino, como mostra a imagem abaixo.

Diagrama de montagem do sensor de som sem lâmpada

Veja abaixo o circuito sem lâmpada:

Imagem do circuito do sensor de som

- Programando o Arduino:

Agora vamos conectar o arduino no computador e abrir a IDE arduino.  Escreva o programa abaixo na IDE e compile o programa para o seu arduino.

Antes de carregar o programa, você precisa selecionar qual porta você deseja usar para fazer o carregamento do seu programa no Arduino (upload). Dentro do Arduino IDE, clique no menu Ferramentas (tools) e abra o submenu Porta(Port). Clique na porta que seu Arduino está conectado, tal como COM3 ou COM4. Geralmente aparece o nome da placa Arduino : “COM3 (Arduino/Genuino Uno)”.

#define pinorele 7 // pino em que o relé será conectado
#define pinosom 4 // pino em que o sensor de som será conectado

bool rele;

void setup() {
  pinMode(pinorele,OUTPUT); //Define o pino do relé como saída
  pinMode(pinosom,INPUT); //Define o pino do sensor de som como entrada
  rele=false; // A variável rele recebe falso
  digitalWrite(pinorele, rele); //Escreve no pino digital do relé falso 
}

void loop() {
 if(digitalRead(pinosom)==HIGH){ //Lê o pino do sensor de som
   rele=!rele;
 }
 digitalWrite(pinorele,rele); //Escreve no pino do rele
}

 

ATENÇÃO: caso a compilação de erro certifique se a porta do seu arduino está selecionada na IDE.

 

- Conectando a lâmpada:

Antes de mais nada adicionaremos a lâmpada ao circuito para ver como irá funcionar na prática. Aliás, desconecte o arduino do computador e corte um dos dois fios que vai até à lâmpada e conectar no módulo relé como mostra a figura abaixo.

Imagem da Lâmpada com um dos dois fios cortados

Não tem importância qual dos dois fios da lâmpada será cortado, apenas deve prestar atenção onde conectá-los no relé. Um deve ficar no pino do meio no relé e o outro em qualquer uma das extremidades.

Diagrama de montagem do sensor de som com a lâmpada

 

ATENÇÃO: verifique que não tenha nenhum fio desencapado e com risco de choque  ou curto-circuito. Caso tenha, utilize uma fita isolante para eliminar este risco.

 

- Testando o sensor de som:

 Conecte o arduino a fonte externa de 9v e a lâmpada na tomada. O resultado deve ser igual à imagem abaixo:

Imagem do circuito do sensor de som finalizado

 

Posteriormente, caso sua lâmpada esteja acendendo e apagando com muita facilidade, você deve ajustar a sensibilidade do sensor de som. Primeiramente desligue a lâmpada da tomada. Após isso, com a lâmpada desligada utilize uma chave de fenda pequena para regular a sensibilidade no sensor de som como mostra a imagem abaixo. Logo após regulada a sensibilidade conecte a lâmpada na tomada novamente.

Potenciômetro do sensor para a regulação de sensibilidade

Entendendo a Fundo:

Software

– Definições e variáveis utilizadas no projeto do sensor de som com arduino

As instruções #define são apenas para associar nomes aos pinos do relé e do sensor no arduino. Já a variável rele é criada para que posteriormente possamos chamá-la em alguma parte de nossa programação.

#define pinorele 7 // pino em que o relé será conectado
#define pinosom 4 // pino em que o sensor de som será conectado
bool rele;

– Função Setup – Definindo pinos do sensor de som com arduino

A função setup é aquela que ira rodar apenas uma vez quando nosso programa for iniciado. Ela é do tipo void, ou seja, não tem retorno e também não tem parâmetros de entrada. A função pinMode define que o pino do relé será a saída, acendendo ou não a lampada, e o pino do sensor será a entrada dos sinais elétricos. A função digitalWrite escreve no pino 7 o valor atribuído a variável rele.

void setup() {
  pinMode(pinorele,OUTPUT); //Define o pino do relé como saída
  pinMode(pinosom,INPUT); //Define o pino do sensor de som como entrada
  rele=false; // A variável rele recebe falso
  digitalWrite(pinorele, rele); //Escreve no pino digital do relé falso 
}

– Função Loop – Leitura do nosso sensor de som com arduino e Estruturas de decisão

Por analogia, a função loop ao contrário da setup ira rodar tudo que estiver dentro dela varias vezes em um loop constante até que seja reiniciado ou parado o programa. Então na função if se a leitura digital(digitalRead) do pino do sensor for nível logico alto(HIGH) o rele recebe true, acendendo a lâmpada. Caso a leitura seja nível logico baixo será escrito(digitalWrite) false no relé, apagando a lâmpada.

void loop() {
 if(digitalRead(pinosom)==HIGH){ //Lê o pino do sensor de som
   rele=!rele;
 }
 digitalWrite(pinorele,rele); //Escreve no pino do rele
}

Hardware

– Microfone

Microfones são transdutores sonoro-elétricos, ou seja, são dispositivos que convertem energia sonora em energia elétrica através de uma membrana flexível chamada diafragma. Este diafragma entra em vibração ao receber ondas sonoras. Através de um processo específico esta vibração produz um sinal elétrico que é depois amplificado e filtrado em aparelhos eletrônicos.

– LM393

É um Amplificador Operacional que consiste em dois comparadores de tensão de precisão e independentes.

Diagrama do Circuito Integrado LM393

conforme acima temos o diagrama do circuito integrado LM393 com pinos de entrada e saída, um pino do vcc e outro do GND e mais dois pinos um negativo e outro positivo. Estes pinos devem ser utilizados conforme a aplicação que queira realizar com o circuito integrado. No projeto ele é responsável por amplificar os sons do ambiente em 100 vezes para que o sensor de som com arduino funcione corretamente.

Considerações finais:

Neste tutorial mostramos como utilizar o sensor de som para automatizar sua residência. No tutorial "MÓDULO SENSOR DE SOM KY-037: ACENDENDO UM LED" mostramos como utilizar o sensor de som para acender um LED. Esperamos que você continue nos acompanhando e sinta-se à vontade para nos dar sugestões, críticas ou elogios. Lembre-se de deixar suas dúvidas nos comentários abaixo.

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by Angelo Lyra