Introdução ao Arduino

Senti a necessidade de aprender um pouco de eletrônica para automatizar a climatização de ambientes na produção de cogumelo e na irrigação. Busquei aprender sobre a plataforma Arduino para isso. O Arduíno é uma plataforma de computação física de código aberto para a construção de aparelhos eletrônicos que podem ser controlados por software.

O software utilizado para gerar a programação para o Arduíno chama-se Integrated Development Enviroment (IDE) e também é de código aberto. Pode ser baixado no site do Arduino e instalado no computador gratuitamente, tendo a opção de usar online apenas com a instalação de um plugin para o browser.

A programação é feita na linguagem Processing, que foi desenvolvida pela simplificação da linguagem Java. É destinada a designers e artistas que não desejam depender de engenheiros para criarem seus projetos, mas não desejam se aprofundar em programação e eletrônica.

Para estudar o Processing, há uma sessão de tutoriais no site deles e também já foram lançados alguns livros voltados para artistas.

Caso o usuário não se disponha a estudar a linguagem Processing e aprender a escrever o código no IDE, há a opção de utilizar um software mais visual. O Visuino, por exemplo, é um software pago (barato) para programar de forma visual. Há a opção de usar também o Visual Studio Code da Microsoft, um programa de código aberto.

A loja do Arduíno vende diferentes tipos de peças para a criação de circuitos e há uma generosa rede de pessoas que divulgam projetos e idéias na internet. No próprio site do Arduíno, há um fórum bastante ativo em que tratam sobre hardware e software. Há outros fornecedores de peças e materiais educativos, como a Maker Shed e a Adafruit.

Para que a plataforma Arduino possa ser usada, a primeira peça que deve ser comprada é a placa controladora. Existem algumas diferentes placas, mas a mais comum é a Arduino Uno, que custa cerca de US$25. Essa placa é ligada ao seu computador via USB para que você possa gravar a programação na memória do Arduino. Uma vez gravada, o Aduino passa a realizar a programação de forma autônoma, sem a necessidade de estar conectado ao computador. Deve ser apenas ligado na tomada ou a uma bateria.

A placa Arduino Uno

O restante das peças eletrônicas deverá ser adquirida de acordo com o projeto. Os projetos são compostos basicamente de três dispositivos: a placa controladora, os sensores e os atuadores. Os sensores são os equipamentos que registram sinais do ambiente (temperatura, pressão, humidade etc) e informam à placa controladora. Por convenção chamamos de "sensor" qualquer dispositivo que dê um input de informação à placa controladora. Pode ser um relógio ou um botão, por exemplo. A placa controladora é responsável por tomar decisões baseada nas informações recebidas e acionar os atuadores de acordo com os parâmetros definidos na programação. Os atuadores podem ser lâmpadas, leds, motores, válvulas elétricas, visores de cristal liquido etc.

As entradas e as saídas de sinais na placa controladora podem ser digitais ou analógicas. As digitais servem para os casos em que temos apenas dois valores, como "ligado" ou "desligado", por exemplo. Os sinais analógicos servem para as medições ou atuações que apresentam graduações. Com eles podemos medir valores e acionar os atuadores com intensidades variáveis.

A partir daí, é preciso estudar um pouco de eletrônica para poder criar. Encontrei um material interessante na internet, criado pelo Professor Newton Braga, que pode ser comprado por R$23,60. Ele possui um instituto que ensina eletrônica. Outro bom material para estudar é o "Introdução à Eletrônica para Artistas", de Helder da Rocha, que pode ser baixado gratuitamente.
Há também um software da Autodesk muito legal para simular circuitos chamado Autodesk Circuits.

Futuramente, caso seja preciso, pretendo fazer o Curso de Automação do SENAI. Lá eles ensinam a utilizar os Controladores Lógicos Programáveis (CLP). Dentro do curso de automação eles têm uma cadeira em que ensinam arduino, mas o foco do curso são os CLPs. O CLP é utilizado em instalações industriais que precisam de sistemas mais robustos e confiáveis. O custo deles, porém, é bastante alto e requer mais estudo e investimento. Para as funções de automação, a plataforma tem as mesmas utilizações que o arduino e é bem parecido em tudo, mas o arduíno pode ser usado para muitas outras funções além da automação. A limitação do arduino fica por conta da voltagem e corrente máximos que ele suporta: 5V e 20mA em cada pino. A limitação do arduino pode ser superada utilizando-se circuitos complementares que envolvam mosfets (DC) e relés (AC), mas aí vai ficando mais complexo. Para aplicações de grande porte, acaba sendo mais prático usar o CLP para evitar muitas adaptações.

Um exemplo de CLP

Existem vários fabricantes de CLP, como a Weg, e cada um deles fornece seu software de programação quando o cliente adquire o produto. Os softwares não são compatíveis entre si, mas a programação é sempre bem visual e fácil depois que você entende a lógica da coisa. A linguagem, porém, é sempre a mesma, o Ladder.

Com os CLPs, é possível monitorar um grande sistema de uma forma bastante visual e com gráficos dinâmicos através de um software Supervisório, como o LAquis. Mesmo um leigo em automação consegue entender o que está acontecendo em tempo real. A supervisão pode ser feita até à distância, já que o sistema pode estar conectado à internet.

Exemplo de uma tela de um sistema Supervisório.

Estou bastante empolgado com tudo isso e acho que vou passar muito tempo estudando. Para não ter que esperar aprender tudo isso, vou comprar um equipamento com o Nicolau, da Pleno Sol. Ele parece que já mexe bem com arduíno e também gosta de cultivar cogumelos. A empresa dele faz fornos solares bem legais.