Tudo Sobre o Arduino

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Uma Introdução ao

ARDUINO

e suas Aplicações na

Robótica

André F. Núñez André F. Núñez

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(3)

O que é A

rduino?

“Arduino é uma plataforma open

“Arduino é uma plataforma open-source-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.”

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O que é A

rduino?

“O Arduino pode sentir o ambiente

recebendo entradas de uma variedade

de sensores e pode modificar seu

arredor controlando luzes, motores e

outros atuadores.”

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O que é Arduino?

• Linguagem de programação própria;

• Ambiente de desenvolvimento próprio; • Fabricado manualmente ou comprado;

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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;

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Criadores do Arduino

• Time de suporte Arduino:

– Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom

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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

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Colaboradores Arduino

• Créditos

– Ambiente; – Linguagem; – Compilador;

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Comunidade (suporte)

• • Forum:Forum: – – http://www.arduino.cc/forum/http://www.arduino.cc/forum/ • • Wiki:Wiki: – – http://www.arduino.cc/playground/http://www.arduino.cc/playground/ • • Blog:Blog: – – http://arduino.cc/blog/http://arduino.cc/blog/

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Comunidade (suporte)

• • Twitter:Twitter: – – http://twitter.com/arduinoteamhttp://twitter.com/arduinoteam • • Laboratório:Laboratório: – – http://labs.arduino.cc/http://labs.arduino.cc/

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Por que Arduino?

•

• Cafeteira avisar através do Twitter que o caféCafeteira avisar através do Twitter que o café

está pronto?

•

• Robô que brinca com o Robô que brinca com o cachorro?cachorro? •

• Monitor de frequência cardíaca que grava oMonitor de frequência cardíaca que grava o

log em um cartão SD?

•

• Receber SMS no celular ao receber um e-Receber SMS no celular ao receber um

e-mail?

mail?

•

• Fantasia que interage através de som e luzes?Fantasia que interage através de som e luzes?

Solução: ARDUINO

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Por que Arduino?

• Descomplicado

– não foi feito por Engenheiros para

Engenheiros;

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

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Por que Arduino?

• Bibliotecas

– coisas simples;

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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

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Por que Arduino?

• Possui os requisitos mínimos

– mas funcionalidades podem ser

adicionadas;

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Por que Arduino?

•

• Baixo custo;Baixo custo;

•

• Open-source;Open-source;

–

– FreeFreeduinoduino;; –

– SeeeSeeeduinoduino;; –

– PingPinguinouino;; –

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Paperduino

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HARDWARE

Portas Digitais

Portas Digitais _{Portas Analógicas}_{Portas Analógicas}

Alimentação Alimentação Conexão p/ Conexão p/ Fonte Externa Fonte Externa Conexão USB Conexão USB uC Atmel uC Atmel

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Hardware básico

Portas Digitais (E/S)

• 14 portas digitais; • 0 ~ 5V

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Hardware básico

Portas Analógicas

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

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Hardware básico

Portas PWM

• Pulse Width Modulation

– Modulação por Largura de Pulso;

• 6 portas PWM;

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Hardware básico

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Hardware básico

Comunicação

• Canal de comunicação serial

– RX (pino 0); – TX (pino 1);

• Conexão SPI

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Hardware básico

Comunicação

• Conexão I²C

– Inter-Integrated Circuit ;

• Pinos ICSP

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Placas Oficiais Arduino

Arduino Uno

• 1.0 - Versão oficial de lançamento

– Diecimila;

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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)

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Placas Oficiais Arduino

Arduino Mega 2560

• 54 portas E/S – 14 PWM; • 16 entradas analógicas; • 4 UARTS

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Placas Oficiais Arduino

Arduino Mega ADK

• Mesmas funcionalidades do Mega

2560;

• Conexão USB especial para

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Placas Oficiais Arduino

Arduino Ethernet

• Funcionalidades do Arduino Uno; • Conexão RJ-45

– Reduz alguns pinos;

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Placas Oficiais Arduino

Arduino BT

• Funcionalidades do Arduino UNO; • Placa de comunicação Bluetooth

embutida

– Bluegiga WT11

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Placas Oficiais Arduino

Arduino Leonardo

• 20 pinos E/S;

– 7 PWMs;

• 12 entradas analógicas; • USB embutida no chip;

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Placas Oficiais Arduino

Arduino LilyPad

• Versões de baixo consumo dos

controladores padrão

– ATmega168V e ATmega328V;

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Placas Oficiais Arduino

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Placas Oficiais Arduino

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Placas Oficiais Arduino

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Placas Oficiais Arduino

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Placas Oficiais Arduino

Arduino Fio

• Microcontrolador SMD; • 3.3V;

• Funcionalidades Arduino UNO; • Conexão para placa Xbee;

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Placas Oficiais Arduino

Arduino Nano

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

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Placas Oficiais Arduino

Arduino Mini e PRO Mini

• Funcionalidades Arduino UNO; • Placa muito pequena;

• Sem headers;

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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

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Shields

Arduino Proto Shield

• Testar circuitos rapidamente;

• Acoplar protoboard pequena;

• Botão de reset;

• Área p/ CI – SMD

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Shields

Wireless SD Shield

• Socket para Xbee;

• Leitor de cartões microSD; • Área de prototipagem;

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Shields

Arduino Motor Shield

• Ponte-H L298 embutido;

• Controlar velocidade e direção de

motores DC;

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Shields

Criando seu próprio Shield

• Respeitar o layout do Arduino

• Respeitar as particularidades de cada

pino;

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Shields

(49)

Shields

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Shields

• Arduino Shield List:

– http://shieldlist.org/

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Bricks

• São como blocos que possuem

dispositivos de entrada e saída prontos para serem utilizados;

– Sensores; – Atuadores;

• Conectam-se aos shields; • Conexão padrão;

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Bricks

• Excelentes para iniciantes;

– compensa fabricar seus próprios bricks?

R$ 24,00 R$ 8,00

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(56)

Ambiente de Desenvolvimento

Integrado - IDE

• Open-source;

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Ambiente de Desenvolvimento

Integrado - IDE

• Escrito em Java e baseado em:

– Processing (interface gráfica); – avr-gcc (compilador);

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Ambiente de Desenvolvimento

Integrado - IDE

• Facilita a programação;

• Muitos exemplos, para todas as

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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;

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Ambiente de Desenvolvimento

Integrado - IDE

Serial Monitor Compilar / Verificar Gravar Área de Programação Área de Informações Modelo e Porta Serial

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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;

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Ambiente de Desenvolvimento

Integrado - IDE

(63)

Ambiente de Desenvolvimento

Integrado - IDE

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Bibliotecas

Bibliotecas do usuário

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Bibliotecas

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Bibliotecas

Criando Bibliotecas

• Criar arquivo .h

– Definição da classe criada;

– Definição dos métodos da classe;

• Criar arquivo .cpp

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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

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Bibliotecas

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Bibliotecas

Criando Bibliotecas

• Ainda é possível adicionar uma pasta

“examples” com exemplos de uso para

a biblioteca criada;

• Os exemplos ficarão disponíveis na aba

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O Arduino e a Robótica

PERCEBER CONTROLAR AGIR

Sensores Atuadores

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O Arduino e a Robótica

• Arduino fornece todos os requisitos

básicos;

• Robôs simples;

– Arduino possui restrições quanto ao

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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;

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Arduino, Robótica e Automação

Alguns vídeos e exemplos de aplicação:

• Robô manipulador:

– Controlado por Joystick;

– Utilizando cinemática inversa e resolvendo o

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Arduino, Robótica e Automação

• Sistema separador de frutas

automatizado;

• Medidor de Velocidade;

• Controle remoto para apresentação na

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Exemplo de Aplicação

Controle Remoto para PC

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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

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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;

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Exemplo de Aplicação

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Exemplo de Aplicação

Braço Robótico com Joystick

• Construído modelo

do braço;

• Joystick

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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;

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Exemplo de Aplicação

Braço Robótico com Joystick

• Conexões compatíveis com Shields; • Biblioteca padrão Arduino;

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Exemplo de Aplicação

Braço Robótico com Joystick

Estrutura mecânica

Arduino e Shield

Botões para rotação Joystick para controle

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Exemplo de Aplicação

(84)

Exemplo de Aplicação

(85)

Exemplo de Aplicação

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Exemplo de Aplicação

Sistema Separador de Frutas

• Controlar fluxo; • Separar: – Frutas; – Não frutas; (descarte) • Encaixotar • Jogar no lixo;

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Exemplo de Aplicação

(88)

Exemplo de Aplicação

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Exemplo de Aplicação

Medidor de Velocidade

• Velocímetro para:

– carrinhos de Autorama;

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Exemplo de Aplicação

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Como iniciar no Arduino e na

Robótica

• Escolher o modelo adequado – Arduino Uno R3;

– http://arduino.cc/en/Main/Buy – Google, mercadolivre.com;

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Como iniciar no Arduino e na

Robótica

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

• Componentes eletrônicos de bancada;

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Kits de Desenvolvimento Arduino

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

– Algum modelo Arduino (Uno); – Shields;

• Sensor shield; – Bricks;

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Kits de Desenvolvimento Arduino

• Kits incluem (geralmente):

– Servo-motores; – Protoboard;

– Cabos para conexão na protoboard; – Componentes eletrônicos em geral;

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Kits de Desenvolvimento Arduino

• Internacionais:

– variam entre $40,00 e $130,00; • Nacionais:

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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

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Kits de Desenvolvimento Arduino

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Kits de Desenvolvimento Arduino

R$40,00 + Arduino <= R$150,00 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;

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Dicas, Sites e Livros

• http://arduino.cc/ • http://www.arduinobooks.com/ – Livros Pagos; – PDF grátis: • http://www.arduinobooks.com/cat egory/free-arduino-pdfs/

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Dicas, Sites e Livros

• Inglês, praticamente todas as boas

fontes;

• Sites de componentes isentos de taxa

de importação e frete grátis;

– http://www.dealextreme.com/ – http://www.aliexpress.com/

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Softwares Auxiliares

• Simulator for Arduino

– Simulação e teste de código;

– Shareware, mas possui versão de testes

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Softwares Auxiliares

• Processing

– Base da interface gráfica da IDE Arduino; – Como OpenGL ou Allegro, permite criar

interface gráfica para seus próprios programas no Arduino;

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Softwares Auxiliares

• Fritzing

– Desenho de projetos (não faz

simulações)

• Protoboard; • Esquemático; • PCI layout;

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Softwares Auxiliares

– Permite imprimir desenhos para

processo de confecção das placas;

– Possui uma vasta biblioteca de

componentes eletrônicos, shields (oficiais e de outras marcas), CIs, entre outros;

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