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Arduino
Série de microcomputadores de placa única Da Wikipédia, a enciclopédia livre
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Na informática, o Arduino[3][5][6] é uma série de microcomputadores de placa única com componentes integrados. Série de plataformas programáveis de prototipagem eletrônica (para testes e projetos eletrônicos) de placa única e hardware livre (código aberto), que permite aos usuários criar objetos eletrônicos interativos e independentes,[7] usando o microcontrolador Atmel AVR ou ARM com suporte de entrada/saída embutido,[8] A plataforma foi criada em 2005 na Itália,[9] com o objetivo de criar ferramentas de baixo custo, acessíveis, flexíveis, independentes e de fácil uso para principiantes, amadores e profissionais, com foco especial naqueles que não têm acesso a controladores sofisticados e ferramentas complexas.[10] Esta plataforma é atualmente fabricada pela companhia italiana Smart Projects e também pela companhia estadunidense SparkFun Electronics.
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O microcomputador trabalha com uma linguagem de programação padrão,[8] essencialmente C/C++ (com origem na linguaguem Wiring).[11]
Uma típica placa Arduino é composta por um microcontrolador, algumas linhas de E/S digital e analógica, além de uma interface serial ou USB, para interligar-se ao computador/smartphone hospedeiro, usado para programá-la e interagi-la em tempo real. A interface do hospedeiro é simples, podendo ser escrita em várias linguagens. A mais popular é a Processing, mas outras que podem comunicar-se com a conexão serial são: Max/MSP,[12] Pure Data,[13] SuperCollider,[14] ActionScript[15] e Java.[16]
O microcontrolador do Arduino é programado para produzir sinais elétricos que controlam os sensores e atuadores conectados, que podem realizar várias tarefas, como por exemplo automação residencial (controle de aparelhos).[17] Algumas versões da placa não possui recurso de rede integrado, sendo comum combinar um ou mais Arduinos deste modo, usando extensões chamadas shields.[18]
O nome Arduino vem de um bar na comuna italiana de Ivrea, onde alguns dos fundadores do projeto costumavam se reunir. O bar foi nomeado após Arduíno de Ivrea, que foi o marquês de Ivrea e rei da Itália de 1002 à 1014.[19]
Em 2010 foi realizado um documentário sobre a plataforma chamado Arduino: The Documentary.
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História
A plataforma iniciou em 2005 na cidade italiana de Ivrea (Itália) com os pesquisadores David Cuartielles, David Mellis, Gianluca Martino, Massimo Banzi e, Tom Igoe.[9] Inicialmente projetada com o intuito de interagir em projetos escolares de forma a ter um orçamento menor que outros sistemas de prototipagem disponíveis naquela época. O sucesso foi sinalizado com o obtenção de uma menção honrosa na categoria Comunidades Digitais em 2006 na premiação Prix Ars Electronica,[20][21] além da marca de mais de 50 mil placas vendidas até outubro de 2008.[22][23]
Atualmente, o seu hardware é feito através de um microcontrolador Atmel AVR, sendo que este não é um requisito formal e pode ser estendido se tanto ele quanto a ferramenta alternativa suportarem a linguagem arduino e forem aceites pelo seu projeto.[8] Considerando esta característica, muitos projetos paralelos inspiram-se em cópias modificadas com placas de expansões, e acabam recebendo os seus próprios nomes
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Componentes básicos
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Perspectiva
A placa Arduino é composta basicamente pelos seguintes componentes:
- Microcontrolador, que realiza o controle das operações e instruções dadas à placa;[9]
- Clock, controlado pelo cristal oscilador, geralmente é de 16 MHz, fornecer um ritmo para as atividades do microcontrolador;[9]
- Módulo de comunicação com um computador, composto por uma entrada USB e um microcontrolador dedicado, uma ponte para upload de um código para o Arduino;[9]
- Conector de alimentação;[9]
- Conectores para sensores, esses fazem ou leitura analógica ou leitura digital.[9]
Hardware
A sua placa consiste num microcontrolador Atmel AVR de 8 bits, com componentes complementares para facilitar a programação e incorporação em outros circuitos. Um importante aspecto é a maneira padrão como os conectores são expostos, permitindo o CPU ser interligado a outros módulos expansivos, conhecidos como shields. Os Arduinos originais utilizam a série de chips megaAVR, especialmente os ATmega8, ATmega168, ATmega328 e a ATmega1280; porém muitos outros processadores foram utilizados por clones deles.[24]
A grande maioria de placas inclui um regulador linear de 5 volts e um oscilador de cristal de 16 MHz (podendo haver variantes com um ressonador cerâmico), embora alguns esquemas como o LilyPad usem até 8 MHz e dispensem um regulador de tensão embutido, por terem uma forma específica de restrições de fator. Além de ser microcontrolador, o componente também é pré-programado com um bootloader, o que simplifica o carregamento de programas para o chip de memória flash embutido, em comparação com outros aparelhos que geralmente demandam um chip programador externo.[24]
Conceptualmente, quando o seu software é utilizado, ele monta todas as placas sobre uma programação de conexão serial RS-232, mas a forma de implementação no hardware varia em cada versão. As suas placas de serie contêm um simples circuito inversor para converter entre os sinais dos níveis RS-232 e TTL. Atualmente, existem alguns métodos diferentes para realizar a transmissão dos dados, como por placas programáveis via USB, adicionadas através de um chip adaptador USB-para-Serial, como o FTDI FT232. Algumas variantes, como o Arduino Mini e o não oficial Boarduino, usam um módulo, cabo adaptador USB, bluetooth ou outros métodos. Nestes casos, são usados com ferramentas microcontroladoras ao invés do Arduino IDE, utilizando assim a programação padrão AVR ISP.[25][26]
A maioria dos pinos de E/S dos microcontroladores são para uso de outros circuitos. A versão Diecimila, que substituiu a Duemilanove, por exemplo, disponibiliza 14 pinos digitais, 6 das quais podem produzir sinais MLP, além de 6 entradas analógicas. Estes estão disponíveis em cima da placa, através de conectores fêmeas de 0,1 polegadas (ou 0,25 centímetros).[27]
O modelo Nano, Boarduino e placas compatíveis com estas, fornecem conectores machos na parte de baixo da placa, para serem conectados em protoboards.[24]
Software
O Arduino IDE é uma aplicação multiplataforma escrita em Java derivada dos projetos Processing e Wiring.[24][28] É esquematizado para introduzir a programação para artistas e para pessoas não familiarizadas com o desenvolvimento de software. Inclui um editor de código com recursos de realce de sintaxe, parênteses correspondentes e identação automática, sendo capaz de compilar e carregar programas para a placa com um único clique. Com isso não há a necessidade de editar Makefiles ou rodar programas em ambientes de linha de comando.[10][29]
Tendo uma biblioteca chamada "Wiring", ele possui a capacidade de programar em C/C++. Isto permite criar com facilidade muitas operações de entrada e saída, tendo que definir apenas duas funções no pedido para fazer um programa funcional:[24]
- setup() – Inserida no início, na qual pode ser usada para inicializar configuração, e
- loop() – Chamada para repetir um bloco de comandos ou esperar até que seja desligada.
Habitualmente, o primeiro programa que é executado tem a simples função de piscar um LED. No ambiente de desenvolvimento, o utilizador escreve um programa exemplo como este:[30]
// define LED_PIN 13
int LED_PIN = 13;
void setup () {
pinMode (LED_PIN, OUTPUT); // habilita o pino 13 para saída digital (OUTPUT).
}
void loop () {
digitalWrite (LED_PIN, HIGH); // liga o LED.
delay (1000); // espera 1 segundo (1000 milissegundos).
digitalWrite (LED_PIN, LOW); // desliga o LED.
delay (1000); // espera 1 segundo.
}
O código acima não seria visto pelo compilador como um programa válido, então, quando o utilizador tentar carregá-lo para a placa, uma cópia do código é escrita para um arquivo temporário com um cabeçalho extra incluído no topo, e uma simples função principal como mostrada abaixo:
# include<WProgram.h>
void setup () {
pinMode (LED_PIN, OUTPUT); // habilita o pino 13 para saída digital (OUTPUT).
}
void loop () {
digitalWrite (LED_PIN, HIGH); // liga o LED.
delay (1000); // espera 1 segundo (1000 milissegundos).
digitalWrite (LED_PIN, LOW); // desliga o LED.
delay (1000); // espera 1 segundo.
}
int main(void)
{
// define LED_PIN 13
int LED_PIN = 13;
init();
setup();
for (;;)
loop();
return 0;
}
"WProgram.h" é um recurso para referenciar a biblioteca Wiring, e a função main( ) apenas faz três chamadas distintas: init( ), definida em sua própria biblioteca, setup( ) e loop( ), sendo as duas últimas configuradas pelo usuário.
O Arduino IDE usa o Conjunto de ferramentas GNU e o AVR Libc para compilar os programas, para depois, com o avrdude, enviar os programas para a placa.[31]
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Aplicações
A principal finalidade do Arduino num sistema é facilitar a prototipagem, implementação ou emulação do controle de sistemas interativos, a nível doméstico, comercial ou móvel, da mesma forma que o CLP controla sistemas de funcionamento industriais. Com ele é possível enviar ou receber informações de basicamente qualquer sistema eletrônico, como identificar a aproximação de uma pessoa e variar a intensidade da luz do ambiente conforme a sua chegada. Ou abrir as janelas de um escritório de acordo com a intensidade da luz do sol e temperatura ambiente.[32]
Os campos de atuação para o controle de sistemas são imensos, podendo ter aplicações na área de impressão 3D,[33] robótica,[34] engenharia de transportes,[35] engenharia agronômica,[36] musical.[3][37] ou até mesmo em ambiente escolar, para o desenvolvimento de experimentos otimizando assim a aprendizagem dos alunos tanto na área de física quanto de química.
Hardware oficial
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Perspectiva
O Arduino original é fabricado pela companhia italiana Smart Projects, porém a estadunidense SparkFun Electronics também possui algumas marcas comerciais sob a mesma licença.
Foram produzidas comercialmente 13 versões do dispositivo:[38]
Licenças de hardware e software
Ver artigo principal: Hardware livreOs projetos e esquemas de hardwares são distribuídos sob a licença Creative Commons Attribution Share-Alike 2.5, e estão disponíveis em sua página oficial. Arquivos de layout e produção para algumas versões também estão hospedadas.[38] A código fonte para o IDE e a biblioteca de funções da placa são disponibilizadas sob a licença GPLv2 e hospedadas pelo projeto Google Code.[29]
Acessórios
O Arduino e seus clones fazem uso de shields (escudos, em inglês): placas de circuito impresso normalmente fixadas no topo do aparelho através de uma conexão alimentada por pinos-conectores. São expansões que disponibilizam várias funções específicas, desde a manipulação de motores até sistemas de rede sem fio.[46]
Exemplos:
- O Arduino Ethernet Shield
- O XBee Shield
- Liquidware TouchShield
- Shields Extensores
- Liquidware InputShield
Nota: as especificações são apresentadas em língua inglesa.
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Clones
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Perspectiva
O documento de política oficial enfatiza que o projeto é aberto para a incorporação de trabalhos paralelos no produto original, e apesar de o hardware e software serem projetados sob licenças copyleft, os desenvolvedores vem expressando um desejo de que o nome "Arduino" (ou derivados dele) seja exclusivo para o produto oficial, e não seja usado para trabalhos de terceiros sem autorização.[31][47]
Devido a isso, um grupo de utilizadores criou um projeto alternativo, baseado na versão Diecimila, chamado de Freeduino, sendo que o nome não possui nenhum uso de direito autoral, e é livre para ser usado para qualquer fim.[48]
Alguns produtos compatíveis não oficiais que obtiveram êxito em lançamentos, possuem a terminação duino como forma de se referenciar ao dispositivo da qual derivaram.[49]
Modelos clone
As placas a seguir são quase ou totalmente compatíveis tanto com o hardware quanto com o software do Arduino, incluindo serem capazes de aceitarem placas derivadas do mesmo.
Clones com bootloaders compatíveis
As placas a seguir são compatíveis com o software do Arduino mas não aceitam shields. Elas possuem diferentes conectores para energia e E/S, tais como uma série de pinos do lado de baixo da placa, facilitando assim o uso com ProtoBoards, ou para conexões mais específicas.
Placas sem ATmega
As seguintes placas aceitam placas extensoras para Arduino mas não utilizam os microcontroladores da ATmega . Sendo assim, eles são incompatíveis com o programa original, entretanto, por causa de terem os requerimentos para funcionar os shields, podem trabalhar com outras IDEs.
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Referências
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Tradução do nome Arduino pela matéria porém mantida no título da mesma.
- «Arduino - Software» (em inglês). Projeto Arduino. Consultado em 29 de janeiro de 2012
- Substantivo próprio na língua Italiana, usado para nomear pessoas, porém de origem germânica da palavra "Harduwin" ou "Hardwin", que pode ser traduzida como Forte e Amigo, este nome se tornou popular graças ao rei italiano Arduino de Ivrea (1002-1015)«Italian Baby Names» (em inglês). Consultado em 16 de outubro de 2013. Arquivado do original em 17 de outubro de 2013
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- «O que faz uma Placa Arduino ser um Arduino?» (em inglês). Projeto Arduino
- «Arduino: entenda mais sobre essa versátil plataforma». 3E Unicamp. 21 de janeiro de 2022. Consultado em 2 de maio de 2023
- «Página principal do projeto» (em inglês)
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