Arduino

Arduino

Arduino
Arduino UNO
Desenvolvedor	• Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis.  • Baseado no Processing, de Casey Reas e Ben Fry.  • Comunidade Código aberto.
Plataforma	C/C++
Lançamento	2005
Versão estável	1.8.11 (27 de janeiro de 2020; há 4 anos [1])
Versão em teste	1.9.0
Idioma(s)	67 idiomas[2]
Escrito em	Java
Sistema operacional	Microsoft Windows, Linux, Mac OS X[3][4]
Gênero(s)	Ambiente de desenvolvimento integrado
Licença	• Software em LGPL ou GPL  • Hardware em Creative Commons
Estado do desenvolvimento	Ativo
Página oficial	http://www.arduino.cc (em inglês)

Arduino^[3][5][6] é uma plataforma programável 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, uma linguagem de programação padrão,^[8] essencialmente C/C++ (com origem na linguaguem Wiring).^[9] A plataforma foi criada em 2005 na Itália,^[10] 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.^[11] Esta plataforma é atualmente fabricada pela companhia italiana Smart Projects e também pela companhia estadunidense SparkFun Electronics.

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.

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.^[10] 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

A placa Arduino é composta basicamente pelos seguintes componentes:

• Microcontrolador, que realiza o controle das operações e instruções dadas à placa;^[10]
• Clock, controlado pelo cristal oscilador, geralmente é de 16 MHz, fornecer um ritmo para as atividades do microcontrolador;^[10]
• 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;^[10]
• Conector de alimentação;^[10]
• Conectores para sensores, esses fazem ou leitura analógica ou leitura digital.^[10]

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]

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.^[11][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]

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.

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]

Ver artigo principal: Hardware livre

Os 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]

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.

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]

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.

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.

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.

Referências

O Commons possui uma categoria com imagens e outros ficheiros sobre Arduino

• «Página principal do Arduino» (em inglês) 
• «Wiki Arduino» (em inglês) 
• Smart Projects
• SparkFun Electronics
• «Várias ideias de automação residencial» 

• Leonardo
• Duemilanove
• Due
• Mega
• Uno

• Ethernet Shield
• InputShield
• Shields
• TouchShield
• XBee Shield

• Portal do software livre
• Portal da tecnologia