Conceito de sensores e atuadores

Sensores

Sensores são dispositivos que trabalham com medidas de grandezas físicas, como: temperatura, pressão, presença, umidade, intensidade luminosa, entre outros. As grandezas medidas pelos sensores são combinadas a fim de obter informações sobre o meio físico, onde estão presentes. Em geral os sensores atuam transformando partes de uma grandeza física normalmente em um sinal elétrico, que por sua vez pode ser interpretado por certos equipamentos eletrônicos (BORGES & DORES, 2010). Em outras palavras, sensores são componentes eletrônicos que permitem que um equipamento eletrônico possa interagir com o mundo.

Segundo Borges & Dores (2010), os sensores quando operam de forma direta, transformando uma forma de energia em outra são chamados de transdutores. Os sensores onde as operações ocorrem de forma indireta alteram suas propriedades, como a resistência, capacitância ou indutância, sob a ação da grandeza de forma que essa alteração ocorre mais ou menos proporcional.

Podemos citar como exemplo os sensores de luz, mais especificamente o resistor dependente de luz, mais conhecido pela sigla do seu nome em inglês LDR (Light-dependent resistors), segundo Oxer & Blemings (2009), esses sensores variam sua resistência inversamente a quantidade de luz que incide sobre o mesmo, em outras palavras, quando há uma grade quantidade de luz incidindo sobre o sensor, eles têm uma resistência muito baixa o que permitir o fluxo da corrente elétrica, enquanto que quando a pouca luz, apresentam uma resistência elevada, podendo atingir alguns megaohms, evitando assim a passagem corrente.

Figura 01: Sensor LDR.

Atuadores

Um atuador assim como um sensor é um transdutor que transforma uma forma de energia em outra, porem este faz o caminho inverso, ao invés de transformar partes de uma grandeza física em um sinal elétrico, ele transforma um sinal elétrico em uma grandeza física, movimento, magnetismo, calor entre outros.

Além do mais Brugnari & Maestrelli (2010) dizem que atuadores:

[...] atendem a comandos que podem ser manuais ou automáticos, ou

seja, qualquer elemento que realize um comando recebido de outro

dispositivo, com base em uma entrada ou critério a ser seguido [...].

Como exemplo de atuadores temos os relés que segundo Souto (2004), é um dispositivo eletromecânico que funciona com pequenas correntes, mas é capaz de controlar circuitos externos que envolvem correntes elevadas, e é formado basicamente por uma bobina e um conjunto de contatos, como pode ser visto na figura 02.

Figura 08: Esquema de funcionamento dos relés. Fonte: (SOUTO, 2004).

Quando uma corrente circula pela bobina cria um campo magnético que atrai, abrindo ou fechando os contatos, permanecendo assim enquanto houver alimentação de energia na bobina, permitindo assim a passagem ou não, de energia através do relé (SOUTO, 2004).

Referencias

BORGES, L. P.; DORES, R. C., Automação predial sem fio utilizando bacnet/zigbee com foco em economia de energia. 2010, 76f. Trabalho de conclusão de curso - Curso de Graduação em Engenharia de Controle e Automação – UNB, Brasília, 2010.

BRUGNARI, A.; MAESTRELLI, L. H. M., AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL via WEB. 2010, 36f. Trabalho de conclusão de curso - Curso de Graduação em Engenharia de Computação - PUC-PR, Curitiba, 2010.

OXER, J.; BLEMINGS, H. , Practical Arduino - Cool Projects for Open Source Hardware, 1a Edição, Apress , New York, 2009.

SOUTO, W. A., APOSTILA DE COMANDOS ELÉTRICOS, CURSO TÉCNICO DE ELETROMECÂNICA, CEFET-BA. Disponível em: <http://www.eletrodomesticosforum.com/cursos/eletricidade_eletronica/automacao/curso_tecnico_eletromecanica.pdf>. Acesso em Maio de 2011.

Hardware Arduino (parte III)

Comunicação

O Arduino Uno tem uma série de facilidades para se comunicar com um computador, outro Arduino, ou outros microcontroladores. O ATmega328 fornece comunicação serial, UART TTL (5V), que está disponível nos pinos digitais 0 (RX) e 1 (TX). Um ATmega8U2 na placa canaliza as comunicação serial através da USB e aparece como uma porta COM virtual para o software no computador. O software Arduino inclui um monitor serial que permite que dados simples de texto possam ser enviado a e da placa Arduino.

A biblioteca SoftwareSerial permite a comunicação serial em qualquer um dos pinos de digital do Arduino Uno.

O ATmega328 também suporta I²C (TWI) e comunicação SPI. O software Arduino inclui a biblioteca Wire para simplificar a utilização do bus I²C. Para a comunicação SPI, usa-se a biblioteca de SPI, (Herrador, 2009; Arduino, 2011).

Programação

De acordo com (Arduino, 2011) o Arduino Uno pode ser programado com o software do Arduino. Para programadores que estão aprendendo a usar a placar Arduino existem uma seria de tutoriais disponíveis no site dos desenvolvedores.

O ATmega328 no Arduino Uno vem pré programado com um bootloader3, que permite que você envie novos códigos a placa sem a utilização de um programador de hardware externo. Ele se comunica o protocolo original STK500.

O usuário também pode ignorar o bootloader e programar o microcontrolador através do ICSP (In-Circuit Serial Programming).

Reset Automático (Software)

De acordo com (Arduino, 2011) ao invés de requerer uma pulsação física do botão reset antes de um upload (enviar um novo programa a placa), o Arduino Uno é projetado de uma maneira que permite que ele seja resetado pelo software rodando em um computador conectado. Uma das linhas de hardware de controle de fluxo (DTR) da ATmega8U2 está ligado à linha de reset do ATmega328 através de um capacitor de 100 nF. Quando esta linha tem o valor (LOW), a linha de reset cai o tempo suficiente para resetar o chip. O software Arduino usa esse recurso para permitir que o usuário envie o código, apenas pressionando o botão de upload no software Arduino.

O Arduino Uno tem um poli fusível reajustável que protege as portas USB do seu computador de cortes e sobrecorrentes. Embora a maioria dos computadores fornecem sua própria proteção interna, o fusível fornece uma camada de proteção extra. Se mais de 500 mA é aplicado à porta USB, o fusível irá quebrar automaticamente a conexão até que a sobrecarga ou curto sejam eliminados  (Herrador, 2009; Arduino, 2011).

Características físicas

O comprimento e a largura máxima do Uno PCB são 2,7 e 2,1 polegadas, respectivamente, com o conector USB e conector de alimentação que ultrapasse a dimensão anterior. Quatro furos permitem que a placa seja conectada a uma superfície ou em um estojo (Herrador, 2009; Arduino, 2011).

REFERÊNCIAS

Arduíno – Homepage. Disponível em: <http://www.arduino.cc/> Acesso em março de 2011.

HERRADOR, R. E., Guía de Usuario de Arduíno, 2009. Disponível em: <http://www.uco.es/aulasoftwarelibre/wp-content/uploads/2010/05/Arduino_user_manual_es.pdf> Acesso em março de 2011.

Hardware Arduino (parte II)

Memória

O ATmega328 tem 32 KB (com 0,5 KB utilizado para o gerenciador de boot). Também possui 2 KB de SRAM e 1 KB de EEPROM (que pode ser lido e escrito com a biblioteca EEPROM1), (Herrador, 2009; Arduino, 2011).

Entrada e Saída

De acordo com (Arduino, 2011) cada um dos 14 pinos digitais do Arduino Uno pode ser usado como  entrada ou saída, usando funções pinMode(), digitalWrite() e digitalRead()2. Eles operam com 5 volts. Cada pino pode fornecer ou receber um máximo de 40 mA e tem um resistor de “pull-up” (desligado por padrão) de 20-50 kOhms. Além disso, alguns pinos têm funções específicas:

→ Serial: 0 (RX) e 1 (TX). Usados para receber (RX) e transmitir (TX) dados seriais TTL. Esses pinos são conectados aos pinos correspondentes do chip ATmega8U2  USB-para-TTL serial.

→ Interrupções Externas: 2 e 3. Esses pinos podem ser configurados para disparar uma interrupção por um valor baixo, uma margem crescente ou decrescente, ou uma alteração no valor. Veja a função attachInterrupt()1 para obter mais detalhes.

→ PWM: 3, 5, 6, 9, 10 e 11. Proporcionar saída PWM de 8 bits com a função analogWrite()1.

→ SPI: (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) 10. Estes pinos suportam comunicação SPI, usando a biblioteca SPI.

→ LED: 13. Há um LED embutido conectado ao pino digital 13. Quando o pino está em HIGH, o LED está ligado, quando o pino é LOW, o LED é desligado.

Figura 01: Arduino Uno. Fonte: (Arduino, 2011).

De acordo com (Arduino, 2011) o Arduino Uno tem 6 entradas analógicas, rotulados A0 a A5, cada qual com 10 bits de resolução (ou seja, diferentes valores de 1024). Por padrão, eles medem do negativo ou terra até 5 volts, embora seja possível alterar o valor superior de sua faixa de uso com o pino AREF e a função analogReference()1. Além disso, alguns pinos têm funções especializadas:

→ I2C : A4 (SDA) e A5 (SCL). Suporte a comunicação I²C (TWI)  usando a biblioteca Wire2.

Existe outro par de pinos na placa:

→ AREF. Voltagem de referencia para as entradas analógicas ( apenas de 0 a 5V). Usado com analogReference().

→ Reset. Coloque esta linha em LOW para resetar o microcontrolador. Tipicamente usado para adicionar um botão de reset para os dispositivos que bloqueiam a placa principal.

REFERÊNCIAS

Arduíno – Homepage. Disponível em: <http://www.arduino.cc/> Acesso em março de 2011.

HERRADOR, R. E., Guía de Usuario de Arduíno, 2009. Disponível em: <http://www.uco.es/aulasoftwarelibre/wp-content/uploads/2010/05/Arduino_user_manual_es.pdf> Acesso em março de 2011.

Hardware Arduino (parte I)

Hardware

Existem muitas versões do Arduino, pelo fato de ser open source e ter a licença Creative Comons, muitos desenvolvedores criaram suas próprias versões do Arduino. Entre as versões mais conhecidas estão: Diecimila, Nano, Bluetooth, LilyPad, Mini, Serial, Serial Single Sided, Uno que atualmente é a versão mais recente é também a versão padrão do Arduino, alem destes existem muitos outros menos conhecidos.

Arduino Uno - Visão Geral

O Arduino Uno é uma placa microcontroladora baseada no microcontrolador Atmega328. Possui 14 pinos de entrada e saída digitais (dos quais 06 podem ser usados como saídas PWM), 06 entradas analógicas, um oscilador de cristal de 16 Mhz, uma conexão USB, um conector para alimentação, um conector ISCP, e um botão de reset. Ele contem todo o necessário para apoiar o microcontrolador, basta ligá-lo a um computador através de um cabo USB ou conectá-lo a um adaptador AC/DC, ou  em uma bateria para começar (Herrador, 2009; Arduino, 2011).

Figura 01: Arduino Uno. Fonte: (Arduino, 2011).

O Uno é diferente de todas as versões anteriores já que ele não usa o FTDI para o chip de comunicação serial USB. Em vez disso, ele apresenta o Atmega8U2 programado, como um conversor USB para serial (Arduino, 2011).

Características

Resumo das características técnicas da placa Arduino.

Figura 02: Características técnicas da placa Arduino. Fonte: (Arduino, 2011).

Alimentação

Segundo (Arduino, 2011) o Arduino Uno pode ser alimentado através da entrada USB ou com uma fonte de alimentação externa. A fonte de energia é selecionada automaticamente.

A alimentação externa (não USB) pode vir de um adaptador AC-DC ou de uma bateria. O adaptador pode ser conectado através de um plug de 2,1 milímetros de centro positivo, no conector de energia da placa. A alimentação feita através de uma bateria pode ser feita através dos pinos GND e VIN do conector de alimentação.

A placa pode operar com uma fonte externa de 6 a 20 volts. Se a fonte externa tiver voltagem menor que 7V, no entanto, o pino de 5V pode fornecer menos de cinco volts e a placa poderá ficar instável. Se usar mais do que 12V, o regulador de voltagem pode superaquecer e danificar a placa. A faixa recomendada para alimentação externa é de 7 a 12 volts (Herrador, 2009; Arduino, 2011).

Os pinos de alimentação da placa Arduino são os seguintes:

→ VIN: A entrada de tensão da placa Arduino, quando ela está usando uma fonte externa de energia (ao contrário de 5 volts a partir da conexão USB ou fonte de alimentação regulada). Você pode fornecer a tensão através desse pino, ou, se o fornecimento de tensão for realizado através do conector de alimentação, pode-se acessá-lo através deste pino.

→ 5V: A fonte de alimentação regulada usada para alimentar o microcontrolador e outros componentes na placa. Este pode vir do pino VIN através de um regulador na placa, ou ser fornecido pelo USB ou outra fonte de regulada de 5V.

→ 3V3: Uma fonte de 3,3 volts gerado pelo regulador da placa. A corrente máxima é 50 mA.

→ GND: Pinos terra.

REFERÊNCIAS

Arduíno – Homepage. Disponível em: <http://www.arduino.cc/> Acesso em março de 2011.

HERRADOR, R. E., Guía de Usuario de Arduíno, 2009. Disponível em: <http://www.uco.es/aulasoftwarelibre/wp-content/uploads/2010/05/Arduino_user_manual_es.pdf> Acesso em março de 2011.