Tudo Sobre o Arduino

Uma Introdução ao ARDUINO e suas Aplicações na Robótica André F. Núñez

O que é Arduino? Arduino? “Arduino é uma plataforma open-source

de protótipos eletrônicos baseados em hardware e software flexível e fácil de usar. É destinado a artistas, designers, hobbyistas, e qualquer pessoa interessada em criar objetos ou ambientes interativos.”

O que é Arduino? Arduino? “O Arduino pode sentir o ambiente

recebendo entradas de uma variedade de sensores e pode modificar seu arredor controlando luzes, motores e outros atuadores.”

O que é Arduino? •

Linguagem de programação própria;

•

Ambiente de desenvolvimento próprio;

•

Fabricado manualmente ou comprado;

A origem do Arduino •

Cidade de Ivrea, Itália;  –

•

2005;

Interagir em projetos escolares de forma a ter um orçamento menor que outros sistemas de prototipagem disponíveis naquela época;

Criadores do Arduino •

Time de suporte Arduino:  –

Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis.

Sucesso rápido •

•

Menção honrosa na categoria Comunidades Digitais em 2006, pela Prix Ars Electronica (Prêmio de Artes Eletrônicas); 50.000 placas vendidas até outubro de 2008;

Colaboradores Arduino •

Créditos  –

 –

 –

 –

Ambiente; Linguagem; Compilador; Pessoas de várias partes do mundo;

Comunidade (suporte) •

Forum: http://www.arduino.cc/forum/  –

•

Wiki: http://www.arduino.cc/playground/  –

•

Blog: http://arduino.cc/blog/  –

Comunidade (suporte) •

Twitter: http://twitter.com/arduinoteam  –

•

Laboratório: http://labs.arduino.cc/  –

Por que Arduino? •

•

•

•

•

Cafeteira avisar através do Twitter que o café está pronto? Robô que brinca com o cachorro? Monitor de frequência cardíaca que grava o log em um cartão SD? Receber SMS no celular ao receber um email? Fantasia que interage através de som e luzes?

Solução: ARDUINO

Por que Arduino? •

Descomplicado  –

•

•

não foi feito por Engenheiros para Engenheiros;

IDE roda em Windows, Mac e Linux; Drivers rodam em Windows, Mac e Linux;

Por que Arduino? •

Bibliotecas  –

 –

coisas simples; coisas complexas;

Por que Arduino? •

Compilador conhecido e bem testado execução leve e rápida ; código pequeno;  –

 –

•

•

Cobre 90%+ dos sensores do mercado Não é produzido por um fabricante de microcontroladores;

Por que Arduino? •

Possui os requisitos mínimos  –

mas funcionalidades podem ser adicionadas; BeagleBoard

Arm-cm3 Board

Por que Arduino? •

Baixo custo;

•

Open-source;  –

 –

 –

 –

Freeduino; Seeeduino; Pinguino; Paperduino;

Paperduino

HARDWARE Portas Digitais

Portas Analógicas

uC Atmel Alimentação

Conexão USB

Conexão p/ Fonte Externa

Hardware básico

Portas Digitais (E/S) •

14 portas digitais;

•

0 ~ 5V  –

LOW e HIGH;

Hardware básico

Portas Analógicas •

•

6 portas analógicas; Leitura de 0 ~ 5V 10 bits de conversão (2^10); saída de 0 a 1023;  –

 –

Hardware básico

Portas PWM •

Pulse Width Modulation Modulação por Largura de Pulso;  –

•

6 portas PWM;

•

“Simula” uma tensão de saída

Hardware básico

Portas PWM

Hardware básico

Comunicação •

Canal de comunicação serial  –

 –

•

RX (pino 0); TX (pino 1);

Conexão SPI  –

System Peripheral Interface;

Hardware básico

Comunicação •

Conexão I²C  –

•

Inter-Integrated Circuit ;

Pinos ICSP  –

In-Circuit Serial Programming;

Placas Oficiais Arduino

Arduino Uno •

1.0 - Versão oficial de lançamento  –

 –

Diecimila; Duemilanove;

Placas Oficiais Arduino

Arduino Uno Microcontroller

ATmega328

Operating Voltage

5V

Input Voltage (recommended)

7-12V

Input Voltage (limits)

6-20V

Digital I/O Pins

14 (of which 6 provide PWM output)

Analog Input Pins

6

DC Current per I/O Pin

40 mA

DC Current for 3.3V Pin

50 mA

Flash Memory

32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

Clock Speed

16 MHz

Placas Oficiais Arduino

Arduino Mega 2560 •

54 portas E/S  –

•

•

14 PWM;

16 entradas analógicas; 4 UARTS

Placas Oficiais Arduino

Arduino Mega ADK •

•

Mesmas funcionalidades do Mega 2560; Conexão USB especial para comunicação com Android;

Placas Oficiais Arduino

Arduino Ethernet •

•

Funcionalidades do Arduino Uno; Conexão RJ-45  –

•

Reduz alguns pinos;

Leitor de cartões microSD;

Placas Oficiais Arduino

Arduino BT •

•

Funcionalidades do Arduino UNO; Placa de comunicação Bluetooth embutida  –

 –

Bluegiga WT11 Permite gravar gravar o microcontrolador

Placas Oficiais Arduino

Arduino Leonardo •

20 pinos E/S;  –

•

•

7 PWMs;

12 entradas analógicas; USB embutida no chip;

Placas Oficiais Arduino

Arduino LilyPad •

Versões de baixo consumo dos controladores padrão  –

•

ATmega168V e ATmega328V;

Feito para ser costurado;

Placas Oficiais Arduino

Arduino LilyPad

Placas Oficiais Arduino

Arduino LilyPad

Placas Oficiais Arduino

Arduino LilyPad

Placas Oficiais Arduino

Arduino LilyPad

Placas Oficiais Arduino

Arduino Fio •

•

•

•

Microcontrolador SMD; 3.3V; Funcionalidades Arduino UNO; Conexão para placa Xbee;

Placas Oficiais Arduino

Arduino Nano •

•

•

Layout diferenciado; Compatível com protoboard; Mini-B USB;

Placas Oficiais Arduino

Arduino Mini e PRO Mini •

•

•

•

Funcionalidades Arduino UNO; Placa muito pequena; Sem headers; Geralmente usados no produto final;

Shields •

•

Shields são placas que podem ser conectados em cima do PCB Arduino estendendo as suas capacidades. Os Shields seguem a mesma filosofia Arduino:  –

são fáceis de montar e baratos de produzir;

Shields

Shields

Arduino Proto Shield •

Testar circuitos rapidamente;

•

Acoplar protoboard pequena;

•

Botão de reset;

•

Área p/ CI SMD Through Hole  –

 –

Shields

Wireless SD Shield •

•

•

Socket para Xbee; Leitor de cartões microSD; Área de prototipagem;

Shields

Arduino Motor Shield •

•

•

Ponte-H L298 embutido; Controlar velocidade e direção de motores DC; Leitura da corrente;

Shields

Criando seu próprio Shield •

•

•

Respeitar o layout do Arduino Respeitar as particularidades de cada pino; Compensa?

Shields

Shield Braço Robótico

Shields

Shield Braço Robótico

Shields •

Arduino Shield List:  –

http://shieldlist.org/

Color LCD Shield

GSM Shield

Joystick Shield

Bricks •

São como blocos que possuem dispositivos de entrada e saída prontos para serem utilizados;  –

 –

•

•

•

Sensores; Atuadores;

Conectam-se aos shields; Conexão padrão; Não há bricks oficiais;

Bricks

Bricks

Bricks •

Excelentes para iniciantes;  –

compensa fabricar seus próprios bricks?

R$ 8,00

R$ 24,00

SOFTWARE

Ambiente de Desenvolvimento Integrado - IDE •

Open-source;

•

Windows, Mac e Linux;

Ambiente de Desenvolvimento Integrado - IDE •

Escrito em Java e baseado em:  –

 –

 –

Processing (interface gráfica); avr-gcc (compilador); outros softwares de código aberto;

Ambiente de Desenvolvimento Integrado - IDE •

•

Facilita a programação; Muitos exemplos, para todas as bibliotecas padrão;

Ambiente de Desenvolvimento Integrado - IDE •

•

Permite gravar o código no microcontrolador; Permite a comunicação com o Arduino através da porta serial;  –

 –

monitor da serial para troca de mensagens; facilita debug de hardware;

Ambiente de Desenvolvimento Integrado - IDE Serial Monitor  Gravar  Compilar / Verificar  Área de Programação

Área de Informações Modelo e Porta Serial

Ambiente de Desenvolvimento Integrado - IDE SETUP Configurações iniciais; O código é executado uma única vez. • •

LOOP Equivale ao Main do C; w h i l e  infinito; • •

Ambiente de Desenvolvimento Integrado - IDE

Ambiente de Desenvolvimento Integrado - IDE •

http://arduino.cc/en/Reference/HomePage

Bibliotecas

Bibliotecas do usuário

Bibliotecas •

http://arduino.cc/en/Reference/Libraries

Bibliotecas

Criando Bibliotecas •

Criar arquivo .h Definição da classe criada; Definição dos métodos da classe;  –

 –

•

Criar arquivo .cpp Implementação dos métodos  –

Bibliotecas

Criando Bibliotecas •

Adicionar na pasta “libraries”;

•

Pode ser adicionado “keywords.txt”  –

•

Definição das keywords da biblioteca para facilitar a visualização na IDE;

Compilação acontece automaticamente quando a IDE é iniciada;

Bibliotecas

Criando Bibliotecas

Bibliotecas

Criando Bibliotecas •

Ainda é possível adicionar uma pasta “examples” com exemplos de uso para

a biblioteca criada; •

Os exemplos ficarão disponíveis na aba de Examples na IDE do Arduino;

O Arduino e a Robótica

PERCEBER

CONTROLAR

Sensores

AGIR

Atuadores

Ambiente

O Arduino e a Robótica •

•

Arduino fornece todos os requisitos básicos; Robôs simples;  –

Arduino possui restrições quanto ao processamento de imagens, por exemplo;

O Arduino e a Robótica •

Comunicação também é facilitada;  –

Robôs geralmente precisam se comunicar, receber comandos ou enviar informações para outros robôs ou estações remotas de supervisão e controle;

Arduino, Robótica e Automação Alguns vídeos e exemplos de aplicação: •

Robô manipulador:  –

 –

Controlado por Joystick; Utilizando cinemática inversa e resolvendo o problema das Torres de Hanoi;

Arduino, Robótica e Automação •

•

•

Sistema separador de frutas automatizado; Medidor de Velocidade; Controle remoto para apresentação na 17ª SACOMP;

Exemplo de Aplicação

Controle Remoto para PC •

Hardware necessário:

Exemplo de Aplicação

Controle Remoto para PC Incluir as bibliotecas Atribuir um pino e criar o objeto receptor  Configurar a Serial e ativar a recepção pelo IR Escrever o valor  na Serial

Exemplo de Aplicação

Controle Remoto para PC •

Software auxiliar PC Remote Control  –

 –

recepção dos comandos através da porta serial; Mapeamento para funções diversas; •

•

•

•

Mouse; Teclado; Controle de volume; Execução de programa;

Exemplo de Aplicação

Controle Remoto para PC

Exemplo de Aplicação

Braço Robótico com Joystick •

•

Construído modelo do braço;

Joystick  –

Montagem e teste;

Exemplo de Aplicação

Braço Robótico com Joystick •

7 servo-motores:  –

 –

 –

apresentam movimento proporcional a um comando; não giram livremente sem um controle mais efetivo de posição; são dispositivos de malha fechada;

Exemplo de Aplicação

Braço Robótico com Joystick •

Conexões compatíveis com Shields;

•

Biblioteca padrão Arduino;  –

basta informar o ângulo desejado;

Exemplo de Aplicação

Braço Robótico com Joystick Estrutura mecânica

Arduino e Shield

Botões para rotação Joystick para controle

Exemplo de Aplicação

Braço Robótico com Joystick

Exemplo de Aplicação Braço Robótico – Torre de Hanoi

Exemplo de Aplicação Braço Robótico – Torre de Hanoi

Exemplo de Aplicação Sistema Separador de Frutas •

•

Controlar fluxo; Separar:  –

 –

•

•

Frutas; Não frutas; (descarte)

Encaixotar Jogar no lixo;

Exemplo de Aplicação Sistema Separador de Frutas

Exemplo de Aplicação Sistema Separador de Frutas

Exemplo de Aplicação

Medidor de Velocidade •

Velocímetro para:  –

 –

carrinhos de Autorama; dispositivo de chute dos robôs FURGBOL;

Exemplo de Aplicação

Medidor de Velocidade

Como iniciar no Arduino e na Robótica •

Escolher o modelo adequado Arduino Uno R3; http://arduino.cc/en/Main/Buy Google, mercadolivre.com;  –

 –

 –

Como iniciar no Arduino e na Robótica •

Ferramentas adequadas; Ferro de solda; Multímetro; Alicates;  –

 –

 –

•

Componentes eletrônicos de bancada;

•

Kit de desenvolvimento;

Kits de Desenvolvimento Arduino •

•

Não há kit oficial Arduino; Kits incluem (geralmente):  –

 –

Algum modelo Arduino (Uno); Shields; •

 –

Sensor shield;

Bricks; •

Botões, LEDs, sensores em geral;

Kits de Desenvolvimento Arduino •

Kits incluem (geralmente):  –

 –

 –

 –

Servo-motores; Protoboard; Cabos para conexão na protoboard; Componentes eletrônicos em geral;

Kits de Desenvolvimento Arduino

Kits de Desenvolvimento Arduino •

Internacionais: variam entre $40,00 e $130,00;  –

•

Nacionais: entre R$110,00 e R$165,00;  –

Kits de Desenvolvimento Arduino •

•

•

Vale a pena pesquisar um pouco sobre o assunto e montar seu próprio Kit; É possível encontrar pacotes com componentes usados em lojas especializadas; Deve-se evitar o frete nas compras pela Internet;

Kits de Desenvolvimento Arduino Valor: R$ 218,00

Kits de Desenvolvimento Arduino Kit montado: 6 metros de cabos coloridos; Protoboard; Placa virgem; Potenciômetro; Buzzer; •

• • • •

Sensor de temperatura; 10 LEDs coloridos; 200+ resistores diversos; Conectores macho e femea p/ protoboard; • • •

•

R$40,00 + Arduino