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Minicurso: Uma Visão Geral Sobre Microcontroladores

Sistemas embarcados estão presentes em nosso cotidiano em vários lugares. Relógios, aparelhos som, TVs, eletrodomésticos e carros, são alguns dos exemplos onde podemos encontrar os microcontroladores em nosso dia-a-dia. Entender o que são, como funcionam e suas aplicações é essencial para profissionais que querem se destacar no mercado moderno de sistemas embarcados. Mesmo para aqueles que desejam implementar seus próprios sistemas, o uso de microcontroladores, seja
PIC, AVR( Arduino ), AMR, 8051ou ESP, pode fazer toda diferença.

No mercado existem diversas plataformas com dezenas de chips para escolhermos e definir qual plataforma estudar pode não ser tão simples assim.

Apesar dessa diversidade, é possível iniciar o estudo de microcontroladores por conta própria. Existem diversos livros no assunto e a documentação é bem vasta.

Minicurso online e gratuito

Minicurso: Uma Visão Geral Sobre Microcontroladores vai te ajudar a entrar no mundo dos sistemas embarcados com foco em microcontroladores a partir de uma visão geral sobre estes dispositivos. Eles estão presentes em nosso dia-a-dia desde dispositivos mais simples até os mais complexos robôs industriais.

Dê o primeiro passo para implementar sistemas embarcados independente de plataforma PIC, AVR( Arduino ), AMR, 8051ou ESP com este minicurso. Clique aqui e confira e aproveite agora! É totalmente gratuito e o acesso é ilimitado.

Vamos conhecer um pouco dos microcontroladores partir de suas características e aplicações. Veremos também os principais módulos periféricos que compõem esses componentes e o papel de cada um deles no chip e como esses recursos podem agregar em suas aplicações.

Este minicurso foi desenvolvido para todas as pessoas que desejam avançar em seus projetos eletrônicos e/ou de automação utilizando estes fantásticos componentes que variam em diversos aspectos como formas, recursos, arquiteturas e custo.

Vamos iniciar definindo um microcontrolador e em seguida vamos ver tópicos sobre

  • sistemas embarcados;
  • linguagens de programação;
  • microcontrolador vs microprocessador;
  • estrutura e aplicações dos microcontroladores;
  • o papel da eletrônica digital;
  • módulos;
  • sensores;

além de outros tópicos.

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Introdução à Engenharia com Arduino

Se você não tem experiência no assunto e deseja compreender como funciona um o Arduino e ainda aprender como de criar seus próprios projetos e programas, este curso é para você.

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Microcontroladores PIC com Linguagem C

São mais de 11 horas de vídeo aulas mostrando como utilizar os recursos de microcontroladores PIC e outros componentes como Dysplays, LEDs, botões etc.

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Tinkercad: Um Simulador Online para Arduino

A plataforma Arduino cativou uma nova geração de pessoas cuja a criatividade não tem limites e que só precisava de uma mãozinha para descobrir as possibilidades de uma área que antes só era tocada por profissionais e estudantes de eletrônica e áreas afins.

Lançado em 2003 esta plataforma nasceu de um projeto que visava criar um ambiente simples para que pessoas fora da área de engenharia pudessem criar projetos com eletrônica digital. O resultado foi um grande sucesso com uma plataforma que só cresce a cada dia com uma comunidade opensource gigante e uma quantidade de bibliotecas e soluções incontáveis.

Apresentamos o TINKERCAD ™

Para facilitar ainda mais a aprendizagem do temos hoje projeto TINKERCAD ™. Mantido atualmente pela AUTODESK ®, a mesma empresa de softwares renomados como AutoCAD, 3DS MAXe Maya, o TINKERCAD ™ surgiu como uma opção para modelagem 3D online que hoje incorpora a possibilidade de criação e simulação de circuitos eletrônicos digitais, incluindo o uso do Arduino UNO.

A plataforma online TINKERCAD ™ é gratuita e para usar basta ter uma conta da AUTODESK ®. Para criar sua conta e acessar todas as possibilidades da plataforma clique neste link e cadastre-se.

Figura 1 – Criação de circuitos no TINKERCAD ™.

Ao se cadastrar e entrar na plataforma você poderá ver uma tela similar a da Figura 1, onde temos um menu lateral esquerdo onde podemos criar os Projetos 3D, Circuits (Circuitos, ainda sem tradução no site) e Lições.

Figura 2 – Novo circuito no TINKERCAD ™.

Ainda na Figura 1 temos o menu Circuits selecionado e vamos a opção Criar novo Circuito. Ao clicar nesta opção um novo circuito é criado em sua biblioteca e você pode adicionar os elementos dispostos em uma lista que aparece no lado direito da tela, como mostra a Figura 2. Podemos observar pela figura que temos uma barra de ferramentas com opções de rotacionar e excluir componentes, exibir o código quando usamos o Arduino e simular e circuito. São diversas possibilidades de componentes desde resistores, diodos e transistores até circuitos integrados com portas lógicas, ponte-h e reguladores de tensão e o famoso 555.

Temos ainda algumas ferramentas de medição como voltímetro, amperímetro e osciloscópio e sensores de distância, temperatura, intensidade luminosa e detecção de presença entre outros.

Quer começar a aprender Arduino?

Então se você é entusiasta, profissional ou entusiasta de eletrônica e não sabe por onde começar estudar sobre Arduino usar o TINKERCAD ™ é uma opção simples e gratuita para experimentar mesmo antes de comprar a placa.

Vídeo 1 – Playlist púbica do curso Introdução à Engenharia com Arduino.

Assista à Playlist pública do curso no Vídeo 1, acima, ou neste link e conheça um pouco mais sobre o TINKERCAD ™.

Se você acredita que também vai precisar de uma mãozinha para não ficar perdido no começo, peço que dê uma olhada no meu curso Introdução à Engenharia com Arduino. É um curso introdutório voltado para quem quer começar a aprender a plataforma Arduino desde o básico, com acesso vitalício e se não estiver gostando do curso pode pedir o valor pago de volta em até 30 dias.

Circuito Impresso com Photoresist Film

Circuito Impresso com Photoresist Film
Figura 1. Circuito Impresso com Photoresist Film

Por volta de 1997, ainda moleque, fiquei fascinado com a possibilidade de poder criar meus próprios circuitos em casa. Um amigo havia me mostrado que, com um lápis Piloto utilizado para escrever em transparências para retroprojetores  era possível desenhar meu próprio circuito sobre uma placa com uma face cobreada e depois corroer no ácido. Foram muitos momentos de aprendizado e diversão com revistas sobre eletrônica que traziam circuitos legais para montar.  Após 20 anos a frente daquela época aqui estamos nós. Daquele processo árduo e cansativo apenas uma coisa não mudou: ainda continuo corroendo minhas placas com Percloreto de Ferro.

Atualmente existem diversas formas de fazer sua própria placa em casa. A parte do processo que mais dá trabalho e que afeta diretamente a qualidade da placa é a de transferir para a placa cobreada o modelo feito em computador.

A seguir vou mostrar como eu faço minhas placas atualmente.  O processo não é 100% preciso mas, por se tratar de uma técnica caseira para hobbistas, acredito ser suficiente para a maioria dos casos. A Figura 1 apresenta uma das placas que fiz usando o método.

O Photoresist Film (Filme Fotoresistivo), ou Photoresist Dry Film, é uma película fotossensível. A parte fotossensível vem entre duas camadas de plástico transparente para proteção. Quando exposta à luz a película reage aos raios UV e se fixa à superfície onde está posicionada. Cada tipo de luz emite uma intensidade de raios UV diferente por isso é crucial que seja evitada qualquer exposição da película a focos luz, especialmente ao sol.

A seguir apresento um pequeno tutorial que fiz com a experiência que tive com a técnica e fiz um vídeo, que está logo em seguida, capturando o processo de uma das minhas placas .

LISTA DE MATERIAIS

  1. Um Photoresist Film do tamanho de sua placa
  2. Placa de Circuito Impresso virgem
  3. Lã de aço (Bombril)
  4. Elevador de PH para piscinas (Barrilha Leve, Ph+ ou outro)
  5. Negativo do circuito impresso a laser em transparência ou laser film
  6. Soda Cáustica
  7. Recipientes de vidro para corrosão e utilização da solução com soda cáustica.
  8. Luvas para evitar o contato com a soda cáustica
  9. Um rolo tipo esponja (Figura 2)
  10. Bandeja de pintura (Figura 2) ou outro recipiente grande o suficiente para passar o rolo na placa .
  11. Secador de cabelo.
  12. Lâmpada UV / Luz Negra
  13. Água

Figura 2. Rolo de espuma e bandeja de pintura
Figura 2. Rolo de espuma, a esquerda e bandeja de pintura, a direita.

ETAPAS

Limpeza da Placa

  1. Limpar a placa com esponja de aço (Bombril)
  2. Certificar-se de tirar todas as possíveis partículas da placa
  3. Evitar tocar na placa diretamente com as mãos para evitar oleosidade

Aplicação do Filme: esta etapa deve ser realizada em local com pouca luz para não inutilizar o filme.

  1. O filme tem três camadas. As duas mais externas são protetoras. A interna é fotossensível. Uma camada plástica externa deve ser retirada para aplicação da camada central à placa.
  2. Há diversas formas de se aplicar o filme para que ele fique livre de bolhas. Normalmente utiliza-se uma máquina de laminar, porém se você não tiver a uma aconselho passar uma leve camada de vaselina líquida com um algodão ou papel untado. Não devem ser deixados fiapos, então tome cuidado. A vaselina vai facilitar o deslocamento do filme na placa e ajudar e facilitar a retirar as bolhas com uma espátula ou cartão de crédito. Outra forma é a aplicação com auxílio de um secador de cabelos.
  3. Coloque o circuito em negativo sobre a placa impresso em transparência a laser ou laser film. A vaselina também pode servir para juntar o negativo à placa já com o filme aplicado.
  4. O filme deve ser exposto à luz e onde incidir luz no filme, este ficará rígido. A melhor opção é uma lâmpada UV, que pode ficar cerca de 20 cm de distância da placa durante 2 minutos. Este procedimento é crucial para o sucesso do processo, pois de passar muito tempo todo o filme vai se fixar demais a placa e se ficar de menos a parte que deve ser fixado não ficará. Estes parâmetros são os que eu utilizo nas minhas produções. Você pode testar outras formas ou ver outros tutoriais que não utilizam luz UV.
  5. Após expor à luz UV, retire a outra camada protetora.
  6. Prepare uma solução de barrilha leve (ou outro elevador de PH, utilizado em piscinas) sendo 200ml de água para 1 colher pequena (de chá) do elevador de PH.
  7. Passe levemente um rolo de esponja sobre a placa imersa na solução de PH elevado até que a parte não exposta à luz saia totalmente. Cuidado para não fazer muita força e danificar as trilhas.
  8. Em seguida passe a placa em água limpa para retirar o excesso da solução alcalina e seque-a preferencialmente com secador de cabelo. Você não deve demorar para realizar esta etapa, pois a solução alcalina pode continuar a fazer efeito e, assim, danificando o resultado.
  9. Após a secagem pode realizar a corrosão com percloreto de ferro.
  10. Depois da corrosão da placa você deve retirar a parte que protege as trilhas. A forma mais eficiente é utilizando soda cáustica. Você deve preparar uma solução suficiente para cobrir a placa com  água e uma quantidade pequena (meia colher de sopa) de soda cáustica, espere alguns minutos e toda a camada de proteção sairá.
  11. Se ocorrerem falhas na etapa 13 anterior você deve iniciar o processo do início com um novo filme. A película deve ser retirada da placa mais facilmente com soda cáustica como descrito no item 13.

 

FALHAS

Quando terminar a etapa 11, onde passamos o rolo de espuma, você deve verificar se sua placa ficou sem falhas. A Figura 3 apresenta um tipo de falha que pode ocorrer de o filme estiver amassado, ou mesmo com dobras. Se isso ocorrer o ideal seria retirar o filme da placa e reiniciar o processo como descrito no item 13, porém se você considerar que a falha não é tão grave pode simplesmente cobrir o erro com lápis marcador de CD ou retroprojetor.

Figura 3. Falhas no filme após a etapa 11.
Figura 3. Falhas no filme após a etapa 11.

Espero que tenham gostado. Qualquer dúvida, sugestão ou crítica usem os comentários sem pena.

Cuidado com o Watchdog Timer no Arduino

Mesmo já tendo utilizados outras famílias de microcontroladores nem sempre você acaba lembrando do básico quando utiliza Arduino, e isso pode se um problema.

Para controlar o portão eletrônico e o alarme do condomínio, fiz um sistema utilizando um Arduino Uno, um Shield Ethernet e 2 relés juntamente com um controle que funcionava tanto para o portão quanto para o alarme. O sistema fica ligado ao roteador e funciona mesmo fora da rede local através da web.

Um problema que percebi é que nem sempre o sistema estava ativo e como não sabia ainda qual era realmente o problema resolvi ativar o WDT (Watchdog Timer) do Arduino. Para quem não sabe o WTD é uma parte independente do processamento principal do microcontrolador que, quanto ativo, realiza uma contagem e se chegar ao limite gera uma interrupção reiniciando o sistema para previnir que este fique travado durante muito tempo por algum problema ocorrido. Para que não ocorra sempre você deve resetar o WDT para que ele nunca alcance seu limite e assim seu código possa ser executado normalmente.

Quando ativei o WTD do meu sistema ele não funcionou bem como deveria. O sistema ficou se reiniciando o tempo todo (é o que acho, não cheguei a esta conclusão empiricamente) e dessa forma eu não conseguia realizar um novo upload para o Arduino e achei que equele chip estava perdido, pois sempre ocorria um timeout na gravação e um mensagem “avrdude: stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00”, como se minha placa não fosse a correta ou não estivesse funcionando corretamente.

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Código que causa loop infinito de resets no Arduino.

Após fazer algumas pesquisas sem sucesso na web resolvi fazer uma tentativa fora do comum para gravar o chip. Após a etapa de compilação e um pouco depois do aparecimento da mensagem “Uploading…”, eu fiz um curto rápido, utilizando um fio, entre o GND e o 5V da placa. Após o curto a placa faz um reset diferente do realizando através do botão e o Arduino consegui entrar em modo gravação. Tentei muitas coisas sem sucesso antes dessa sugestão desesperada. Fiz a mesma coisa em um Arduino Nano e também tive sucesso.

Não tenho tanta experiência com Arduino e não sou profissional na área. Se alguém quiser enviar ou, por comentário mesmo, fazer alguma observação ou sugestão fiquem à vontade.