AULA 5 - Microcontroladores - Engenharia

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PLANO DE AULA

CARGA HORÁRIA: 5 h
CARGA HORÁRIA TEÓRICA: 2 h CARGA HORÁRIA PRÁTICA: 3 h

MATERIAIS

Por aluno:

• 1 placa Arduino Uno
• cabo de comunicação/alimentação USB
• 1 computador PC com software Arduino IDE instalado
• 1 proto shield para montagens
• 1 potenciômetro;
• 1 resistor de 200 Ω
• 1 resistor de 10kΩ
• 1 led vermelho;
• 1 sensor de temperatura NTC;
• 1 sensor de temperatura LM35;
• 1 sensor de luminosidade fotoresistor LDR;
• 1 chave push-button;
• cabos fêmea-macho

METODOLOGIA

• Exposição dialogada dos conteúdos disponíveis, em projetor multimídia.
• Navegação assistida em outros sites e portais, de conteúdos relacionados.
• Montagens práticas e desenvolvimento em computador de aplicativos.
• Testes de verificação e validação.

Portas Analógicas

É possível ler grandezas analógicas com o Arduino, além de valores digitais.

Para isto, existem 6 Portas analógicas para ENTRADA de dados:

• A0 (pino 14),
• A1 (pino 15),
• A2 (pino 16),
• A3 (pino 17),
• A4 (pino 18) e
• A5 (pino 19).

Não é necessário definir-se na função setup( ) se as portas serão usadas como entrada, ou saída.

A função de leitura das portas analógicas é a analogRead( PORTA )

  O microcontrolador do Arduino dispõe de um Conversor Analógico-Digital (ADC) de 10 bits, o que significa capacidade de quantificar 1024 patamares de valor: 0 a 1023. 

Ou seja, as tensões analógicas de entrada, que devem variar de 0 a 5 V, são quantificadas como:

• 0 - correspondente ao valor de 0 V (GND)
• 1 - correspondente ao valor de 1x(5 V - 0 V)/1024 = 0,0048828125 V
• 2 - correspondente ao valor de 2x(5 V - 0 V)/1024 = 0,009765625 V
• 3 - correspondente ao valor de 3x(5 V - 0 V)/1024 = 0,0146484375 V
• ...
• 1023 - correspondente ao valor de 5 V (VCC)

O programador deve saber como interpretar o número digital da conversão. Desta forma, podem ser lidos os mais variados sensores, desde que eles gerem um sinal de tensão de até 5V (limite permitido).

A frequência de amostragem fs depende da velocidade do microcontrolador Atmega (normalmente, 16 MHz), do número de bits da palavra, da velocidade de clock do conversor A/D.

Um valor típico é de 125 KHz / 13 bits por amostra = 9600 amostras por segundo.

EXEMPLO 1: lendo dados de um potenciômetro

Para ler os valores diretamente em Volts:

void setup()
{ 
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{ 
   float valt;
   int val = analogRead(0);
  
   valt = (val*5.0)/1023;

   Serial.println(valt);

 }

EXEMPLO 2: lendo dados do potenciômetro para temporizar acionamento de led

Sensores

A leitura de valores analógicos é fundamental, porque a maioria dos sensores e transdutores fornece valor analógico, como saída.

O que é um sensor?

O que é um transdutor?

Circuitos com Sensores e Arduino

EXEMPLO 3: lendo um NTC e utilizando a equação de Steinhart-Hart

Termistor é um resistor cuja resistência varia em função da temperatura (Kelvin).

Há duas categorias de termistores: PTC (positive thermal coefficient), que aumenta sua resistência elétrica com o aumento da temperatura e o NTC (negative thermal coefficient), que diminui a resistência elétrica com o aumento da temperatura.

Vale ressaltar que Termistores não são polarizados.

Especificações e características:

– Tensão de operação: 3,3 ou 5VDC

– Faixa de medição: -55°C a 125° celsius

– Precisão: ±1%

– Dissipação típica constante: 2mW/° celsius

Experimento:

Utilizar o Termistor NTC 10K (Sensor de Temperatura) em conjunto com o Arduino e medir a temperatura ambiente.

Como a temperatura é medida em função da resistência do NTC, é necessário utilizar-se a equação de Steinhart-Hart para correção do valor lido:

Porém, como tudo no Arduino, existe uma biblioteca específica para uso com o termistor, a Thermistor.h.

Aí, o problema se resume a incluir a biblioteca e rodar seus métodos. Por exemplo:

Biblioteca Thermistor.h:

• Thermistor.zip

#include <Thermistor.h> //inclusão da biblioteca
Thermistor temp(0); //objeto do tipo Thermistor, conectado à porta analógica A0
void setup() {
 Serial.begin(9600); //inicializa a Serial
 delay(1000);  
}
void loop() {
  int temperature = temp.getTemp(); //VARIÁVEL QUE RECEBE TEMPERATURA CALCULADA PELA BIB.
  Serial.print("Temperatura: "); //IMPRIME O TEXTO NO MONITOR SERIAL
  Serial.print(temperature); //IMPRIME NO MONITOR SERIAL A TEMPERATURA MEDIDA
  Serial.println("*C"); //IMPRIME O TEXTO NO MONITOR SERIAL
  delay(1000); //INTERVALO DE 1 SEGUNDO
}

EXEMPLO 4: lendo o sensor de temperatura LM35

LM35 é um

Código:

 void setup()
{ 
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop()
{
  float temp=analogRead(0);
  float temperatura = 100*temp*(5.0/1023);

  delay(100);
  Serial.print("Temperatura [oC]: ");
  Serial.println(temperatura);

}

EXEMPLO 5: Acionando leds em função da luminosidade do local

Utilizaremos agora um fotoresistor, ou LDR.

Um código simples, apenas para acionar o LDR seria:

int ldr = A0;//Atribui A0 a variável ldr
int valorldr = 0;//Declara a variável valorldr como inteiro

void setup() {

  Serial.begin(9600);//Inicialização da serial, com taxa de 9600 bps
}
void loop() {
  valorldr=analogRead(ldr);//Lê o valor do sensor ldr e armazena na variável valorldr
  Serial.print("Valor lido pelo LDR = ");//Imprime na serial a mensagem Valor lido pelo LDR
  Serial.println(valorldr);//Imprime na serial os dados de valorldr
}

Agora, vamos usar o LDR para acionar lâmpadas de emergência, representadas aqui por leds. Valores dos resistores: R₁ = R₂ ≅ 200 Ω e R₃ = 10 kΩ.

const int limite_claridade= 716; // 70% do valor de fundo de escala de 1023
const int led = 4;  // pino digital do led
const int chave=9;        // pino onde esta a chave/botao

void setup() {
 pinMode(led, OUTPUT);
 pinMode(chave, INPUT);
 Serial.begin(9600);
}

void loop() {
 int sensor=analogRead(3);
 Serial.println(sensor);
 if (sensor <= limite_claridade) 
   digitalWrite(led, HIGH);
 else
   digitalWrite(led, LOW);
   
 
 if (digitalRead(chave)==LOW) 
   digitalWrite(led, HIGH);
 else
   digitalWrite(led, LOW);    

  
}

Neste outro exemplo, quando diminui a luminosidade no fotoresistor, o Arduino aciona das lâmpadas de emergência, no caso, leds.

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