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ARDUINO COMO ALTERNATIVA PARA APLICAÇÕES EM PROJETOS DE
CONTROLE E AUTOMAÇÃO
WESOLOWSKI, Jefferson Ferreira Engenheiro de Controle e Automação
Cada vez mais os projetos de controle e automação dependem de novas tecnologias para suprir necessidades, e também, como alternativas para solucionar problemas referentes à viabilidade do mesmo. É comum, até mesmo durante a graduação do engenheiro, o termo automação ser confundido com o Controlador Lógico Programável, como se o dispositivo fosse a única via para automatizar máquinas e equipamentos.
O Controlador Lógico é o cérebro de um sistema de controle e automação. Nesse dispositivo ocorrem as decisões de fluxo de funcionamento dos atuadores, ou seja, os componentes do projeto que de fato irão fazer algo acontecer, como acender uma lâmpada, acionar uma válvula ou motor.
O controlador processa os sinais enviados por sensores (fim de curso, botões, etc.) e, de acordo com uma lógica programada, efetuado os comandos necessários para que os atuares acionem.
O CLP, também conhecido pela sigla PLC ( Programmable Logic Controller ) é o controlador mais conhecido e utilizado na indústria. Seu preço também é elevado, tornando, por muitas vezes inviável sua aplicação no projeto.
Com isso, a busca por novos dispositivos de uso similar, fez com que o microcontrolador Arduino fosse requisitado em aplicações de projetos de Controle e Automação.
O Arduino é uma placa controladora, com código aberto e utiliza-se de um software free para desenvolvimento da programação. O dispositivo resume-se em entradas e saídas, unidade controladora e alimentação.
As entradas do Arduino podem ser analógicas, digitais ou em modo PWM. O Arduino, geralmente, é usado para desenvolver projetos interativos, onde as entradas são dadas através de sensores, botões, potenciômetros entre outros, e a unidade de processamento interpretam os sinais enviados e, segundo a lógica implementada, envia os sinais de saída para motores, lâmpadas ou sirenes, além de outros atuadores.
O Arduino é programado na linguagem wring , que é uma junção e funções e comandos das linguagens de programação C e C++. As bibliotecas em C e C++ tem licença de liberação cedido pela LGPL, o que permite fazer alterações ou criar situações na linguagem de programação. Do mesmo os esquemas e os arquivos em CAD são autorizados pela concessão da organização Creative Commons Attribution Share-Alike. E a GPL libera a licença para a utilização do código do ambiente Java.
Os circuitos do Arduino original são feitos na Itália, de onde nasceu o projeto do controlador. Grande parte dos circuitos são construídos pela empresa Smart Projects , enquanto que a empresa estado-unidense Spark Fun elabora o circuitos dos Arduinos Pro , Pro Mini e do Lily Pad , o Arduino Nano tem fabricação por outra companhia estado-unidense Gravitech.
No entanto é possível utilizar-se da placa arduino sem o ambiente de programação desenvolvido por seus criadores. O software arduino é um complemento do hardware, utilizando-se de codigos como AVR C or C+++ em, em compiladores como AVR-GCC, AVR Studio ou mesmo o Avrdude.
Também é possível utilizar o software do Arduino com outros circuitos AVR, modificando as bibliotecas do núcleo.
Uma grande vantagem que o Arduino carrega, é que se trata de uma placa livre que pode ser adaptada ou modificada para atender qualquer projeto. Além disso, a placa possui programação que é feita pelo próprio usuário. Esse software é descarregado no firmware , ou seja, diretamente no microcontolador.
O ambiente de programação do Arduino também é livre, e disponível na rede, pelo próprio site do fabricante ( www.arduino.cc ).
Existem diversos modelos de Arduino no mercado, que diferem um para o outro na quantidade pinos de I/Os, como por exemplo, o Arduino Uno que possui 14 pinos, já o Arduino Leonardo tem 20 pinos, e por sua vez o Arduino Mega contem 54 pinos.
Os tipos de controladores Arduino não se limitam apenas ao número de pinos, mas também a capacidade de processamento do Microcontrolador embarcado. A Figura 1 Ilustra o Arduino Mega 2560.
Figura 1 - Arduino Mega 2560
O projeto do Arduino teve inicio no ano de 2005, na cidade de Ivre, na Itália. O Professor, Massimo Banzi, desejava ensinar eletrônica e programação de computadores aos seus amigos de design, como forme de mesclar a arte com a robótica.
Os valores de referências são tipos de dados (byte, array, int , char , ...), conversões (char( ), byte( ), int( ), ...), variável de escopo e de qualificação (variable scope, static, volatile, ...) ou utilitários (sizeof(), diz o tamanho da variável em bytes)
Lembrando que a IDE do Arduino traz varias funções e constantes, a fim de facilitar a programação como por exemplo o setup( ), loop( ), constantes (HIGH e LOW , INPUT e OUTPUT , ...) e as bibliotecas (Serial, Servo, Tone, etc.). Existem diversos modelos de Arduino no mercado, que diferem um para o outro na quantidade pinos de I/Os, como por exemplo, o Arduino Uno que possui 14 pinos, já o Arduino Leonardo tem 20 pinos, e por sua vez o Arduino Mega contem 54 pinos. Os tipos de controladores Arduino não se limitam apenas ao número de pinos, mas também a capacidade de processamento do Microcontrolador embarcado.
O funcionamento do Arduino se dá pela alimentação de tensão externa, que pode variar de 7 a 12 V (tensão recomendada), que passa por um filtro e a divide em 5 V e 3,3 V e as disponibilizam para serem usadas nas entradas e saídas do controlador.
O Microcontrolador é acessado e conforme a lógica de programação, já descarregada no dispositivo, envia sinal para as entradas e saídas, que por sua vez irão comunicar-se com os sensores e atuadores
A Figura 3 mostra um esquema situando cada elemento principal da placa. O Arduino Mega 2560, possui 54 pinos de entradas e saídas, que comunicam com um centro de processamento composto, principalmente, pelo microcontrolador ATMega 2560.
Figura 3 – Esquema situando os principais elementos da placa.
As entradas e saídas digitais, situadas a direita da imagem, são os pinos de comunicação da placa com os sensores e atuadores. Por sua vez as entradas analógicas são aquelas que funcionam devido a uma variação de tensão, como por exemplo, um potenciômetro, que pode ir de 0V até a tensão máxima do dispositivo.
As saídas PWM ou Pulse Width Modulation (Modulação de Largura de Pulsos), são para controlar a velocidade de dispositivos operada em corrente continua, como por exemplo, um motor c.c. Assim pode-se manter o torque de um motor em baixa velocidade, garantindo um arranque de menor impacto, mais refinado.
A placa do Arduino possui, acoplado, um conversor Serial – USB. Trata-se de uma entrada USB que tem os dados convertidos em comunicação compatível ao serial da placa. Esse usado para descarregar a programação na unidade de processamento do circuito.
A CPU é onde se localiza o microcontrolador ATMega1280, onde estará contida a programação do software, além do botão Reset, para reiniciar o microcontrolador. A Unidade de Processamento (CPU) é quem fará a comunicação com os sensores e atuadores contidos no projeto.
O Arduino ainda possui pinos com funções especificas, como por exemplo, o PWM, popularmente conhecido como uma saída analógica, mas na verdade é uma saída digital como as outras, que fera sinal alternado booleano , ou seja, 0 e 1, e quando está em estado alto ( em 1, ligado) é controlado.
Portanto, conhecendo o Arduino, o dispositivo pode ser utilizado como alternativa para aplicações em projetos de Controle e Automação, principalmente quando o objetivo é desenvolver protótipos ou mesmo investir no Arduino para tornar a viabilidade econômica do projeto mais passível de aprovação perante a gestão.
Referências Bibliográficas.
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BASTOS, Raul L. Assumpção. O segmento de automação industrial no Brasil: constituição, desenvolvimento e mudança no processo de abertura. TESES FEE Nº 3, Porto Alegre. 2003. 220 p.
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