Arduino com shield ethernet

A primeira arquitetura tem como componentes de hardware o Arduino, o shield de ethernet W5100 (Figura 19) e o sensor de temperatura LM35. Os componentes de softwa- re utilizados são a IDE do Arduino usando a linguagem C++ e em termos de interface web será utilizada a plataforma ThingSpeak.

Um esquema é montado com o objetivo de ler a temperatura através do sensor LM35, pegar essa informação e enviá-la para Internet usando o W5100. O shield será co- nectado a um roteador através de um cabo de rede padrão RJ-45. O ThingSpeak recebe- rá essa informação através de um canal devidamente configurado e plotará um gráfico da temperatura em função do tempo. A Figura 21 mostra o esquema eletrônico.

Figura 19: Ethernet Shield W5100 Fonte: (THOMSEN, 2014)

O sensor LM35 (Figura 20) é um sensor de precisão, funciona de maneira linear e proporcional à temperatura. A sua saída apresenta 10mV para cada grau Celsius.

O LM35 pode funcionar de dois modos. O primeiro modo, que será usado nesta ar- quitetura, é indicado na Figura 22 e o segundo modo na Figura 23.

Figura 21: Esquema eletrônico - Arduino/Ethernet/LM35 Fonte: (O autor, 2018)

Figura 20: Sensor LM35 Fonte: (MOTA, 2017)

O ThingSpeak é uma aplicação para IoT e uma API para enviar e receber dados de “coisas” usando HTTP sobre a Internet ou via rede local. É possível usar esta plataforma de duas maneiras: a primeira é pelo site www.thingspeak.com, que tem alguma limitação para contas gratuitas44 _{(é preciso criar uma conta) mas é o suficiente para esta arquitetu-}

ra, a segunda maneira é baixar o código fonte45 _{e instalar num servidor local. Instalando a}

partir do fonte, não há limitação de taxa de atualização dos dados.

44 _{Um usuário gratuito pode atualizar um canal ThingSpeak a cada 15 segundos. Uma atualização com}

maior frequência resulta em erro. Para alterar as configurações a fim de atender a requisitos de frequên - cias mais altas é preciso fazer o download do código fonte do GitHub e instalar o ThingSpeak.

45 _{https://github.com/iobridge/thingspeak}

Figura 22: LM35 - Modo 1 Fonte: (MOTA, 2017)

Figura 23: LM35 - Modo 2 Fonte: (MOTA, 2017)

O elemento principal da atividade no ThingSpeak é o canal. Este canal contém campos de dados, de localização e um campo de status. É preciso criar um canal (Figura 24) no ThingSpeak e logo após já será possível gravar dados nele, processar estes da- dos, visualizá-los com código MATLAB e reagir a eles com tweets e outros alertas.

O nível de acesso a um canal pode ser de três tipos: privado (onde só você pode visualizar os dados), público (onde qualquer um pode ter acesso) e compartilhado com uma lista de usuários determinados. É preciso configurar o canal ThingSpeak (Figura 25), definir o nome do campo de dados field1, que neste caso se chamará “temperatura” e anotar o channel ID que será usado dentro do código do Arduino.

Uma outra informação é necessária para que seja possível enviar dados para o ca- nal, a Write API key (Figura 26). Essa chave permite que dados sejam enviados para o canal específicado através do channel ID. Há também a Read API key que permite ter ac- cesso às informações de um canal.

A maneira de enviar um dado para o canal é através de uma requisição HTTP. Ela deve seguir o seguinte padrão:

GET https://api.thingspeak.com/update?api_key=RBAYI4C7T5VXHQTT&field1=0 Figura 24: Criando um canal no ThingSpeak

Para usar o ThingSpeak de maneira mais fácil no Arduino é preciso fazer a instala- ção da biblioteca ThingSpeak dentro da IDE do Arduino. Para isso, deve-se ir até o menu Sketch > Incluir Biblioteca > Gerenciar Bibliotecas, selecionar a biblioteca ThingSpeak e clicar em instalar (Figura 27).

Figura 25: Configuração do canal ThingSpeak Fonte: (MATHWORKS, 2018)

Figura 26: Channel ID e Write API Key Fonte: (MATHWORKS, 2018)

O Código 3 do Arduino, nas linhas 11, 12 e 13, importa as bibliotecas necessárias para o uso do ThingSpeak e do shield de ethernet.

As próximas linhas (Código 4) definem algumas variáveis de escopo global. Na li- nha 16 um vetor de bytes é criado, este vetor é a definição de um endereço MAC para o

shield de ethernet. A linha 17 cria um objeto do tipo EthernetClient. Na linha 18 é criada a

variável que é inicializada com o channel ID, neste caso com o valor 269034. Na linha se- guinte é criado um ponteiro para uma string que contém a Write API key. E finalmente na linha 20 uma constante é definida, essa constante é inicializada com o número da porta

Figura 27: Instalando a biblioteca ThingSpeak na IDE do Arduino Fonte: (O autor, 2018)

Código 3: Importação das bibliotecas para o ThingSpeak

analógica do Arduino, que está ligada à saída do sensor de temperatura. Como foi dito no capítulo 3.1.1 existem duas funções que devem ser obrigatoriamente definidas quando programando para o Arduino, são elas: setup() e loop().

O bloco da função setup() (Código 5) vai da linha 22 à linha 26. Esse espaço é utili- zado para inicializar e configurar alguns objetos e componentes do hardware do Arduino. Na linha 23 é definida a velocidade de transmissão da porta serial do Arduino, essa porta é muitas vezes usada como uma forma de depurar os programas na IDE do Arduino, tudo que é enviado para essa porta pode ser visualizado através do monitor serial da IDE. Na linha 24 ocorre a inicialização do shield de ethernet passando como parâmetro o número do endereço MAC. Na linha 25 o objeto ThingSpeak é inicializado tendo como parâmetro o objeto cliente.

A função loop() (Código 6), como o nome já sugere, fica em loop infinito. Nesse ponto é que o código faz a leitura do sensor e envia para o canal. Na linha 29 a variável recebe o valor da leitura da porta analógica, este valor pode variar de 0 até 1023, já que a resolução do conversor AD do Arduino é de 10 bits. A tensão de referência para a conver- são AD é de 5V, sendo assim cada unidade de leitura na porta analógica equivalerá a 4,8mV. Na linha 31 é feito o cálculo da quantidade de milivolts obtida no sensor. A linha 33 chega no valor da temperatura em graus Celsius, sabendo que cada 10mV equivalem a 1 ºC. A linha 34 imprime no monitor serial o valor da temperatura (apenas para verificação local). Na linha 35 o método writeField do objeto ThingSpeak envia o valor da temperatura para o canal, ele recebe como parâmetros o número do canal (channel ID), o número do campo (neste caso o field1), o valor da temperatura, e a Write API key. Na linha 36 o co- mando delay faz com que o Arduino pause por um determinado tempo, o parâmetro que a função delay recebe é um valor em milissegundos. Neste caso, 1800000ms equivalem a 30 minutos. Este tempo é o intervalo entre os envios da informação para o canal ThingS- peak.

O Gráfico 3.3 mostra o gráfico da temperatura plotado no site do ThingSpeak. Fo- ram 12 horas de coleta de dados com intervalos de 30 min.

Gráfico 3.3: Gráfico da temperatura - LM35 - ThingSpeak Fonte: (MATHWORKS, 2018)