Arduino Uma Abordagem para leigos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS
FELLIPE MATHEUS GUIMARÃES MOTA
PLATAFORMA ARDUINO
PALMAS/TO
2016
FELLIPE MATHEUS GUIMARÃES MOTA
PLATAFORMA ARDUINO.
Projeto de Pesquisa apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Tocantins como requisito parcial para a conclusão da disciplina de Metodologia Científica, sob orientação do Prof. Me. Arisvaldo da Silva Santos.
PALMAS/TO
2016
SUMÁRIO
TEMA E PROBLEMA DE PESQUISA
Observa-se uma demanda enorme no mundo quando se trata de automação nos dias atuais, seja ela automação residencial e/ou industrial. No entanto quando se observa também o agravamento de crises financeiras, que pedem por soluções rápidas e principalmente baratas. Também é perceptível, que várias pessoas de áreas distintas à engenharia elétrica, não tem a menor noção do funcionamento dessas plataformas de automação, apesarem de precisar desse tipo de serviço o tempo todo.
Logo, uma das soluções mais completas e baratas no mercado é o uso da plataforma Arduino. Que atua justamente na área de controlamento de dados. Tendo aplicações em automação, robótica, e inclusive no ramo agrícolas, no controle de diversas áreas do campo.
A placa Arduino, consiste em uma placa de prototipagem de hardware livre, sendo considerada um dos melhores micro controladores do mercado em relação ao custo benefício. Sendo ele, usado em vários processos, como de automação por exemplo. 
OBJETIVOS
Como abordagem principal, mira-se a apresentação da plataforma Arduino, como uma alternativa rápida, barata, e economicamente viável para demandas de controlamento de dados, e a automação nas diversas abrangências. Sempre que possível dando exemplos, para deixar o mais claro possível a vasta aplicabilidade, bem como a simplicidade desse projeto. 
OBJETIVOS SECUNDÁRIOS
O presente trabalho se propõe a demonstrar para leigos, o funcionamento de um dos grandes recursos usados na engenharia elétrica, a plataforma Arduino. Visto que é uma tecnologia um tanto quanto recente, e que pode ajudar profissionais de diversas áreas, nos mais distintos projetos. 
JUSTIFICATIVA
Se faz bastante necessário o uso, e o entendimento da plataforma arduino, devido às inúmeras aplicabilidades nas mais diversas áreas de conhecimento. Devido a isso, é de suma importância a existência de um texto que trata esse assunto, considerado por muitos bastante complexo, com uma tratativa bastante elementar, e focado na expansão do conhecimento.
Profissionais da educação podem usar a plataforma, bem como programadores, e pessoas comuns nas suas tarefas diárias. Uma vez que a plataforma arduino lida com a automação e relacionado a isso, com facilidades. Dado a vasta aplicabilidade, é trivial o conhecimento justamente visando uma melhora na qualidade de vida de todos.
Dado também a facilidade de uso, comercio e acesso a essa plataforma, que pode ser adquirida sem muito esforço e com um baixo custo. Essa plataforma usa por sua vez uma linguagem de programação própria, baseada na linguagem C/C++ que é considerada universal, e por isso traz ainda mais acessibilidade para leigos.
 
REFERENCIAL TEÓRICO
INTRODUÇÃO
A Plataforma arduino é um conjunto de hardware e software livre, que quando executados conjuntamente, são bastante eficientes no gerenciamento de dados. Sendo uma forma barata e elegante para solucionar problemas no âmbito da automação residencial e industrial.
Dessa forma, essa plataforma foi desenvolvida com o objetivo de sanar problemas de custo e complexidade dos micro controladores já existentes na época. 
HISTÓRIA
Com início na Itália em meados de dois mil e cinco, os professores
Massimo Banzi e David Cuartilles, notaram várias demandas no cenário profissional da época. Vários artistas e designers, tinham sérios problemas para gerenciar dados, e claro, desenvolver circuitos com micro controladores. Tudo isso, se dava devido ao um alto custo dos dispositivos de controlamento presentes na época, e também o alta complexidade das linguagens de programação os mesmos usavam. Problemas esses que acabaram por gerar uma repulsa dos estudantes e profissionais da época, com os micro controladores da época. Prejudicando bastante as criações e trabalhos independentes na época.
Dado essa demanda, os dois professores de dispuseram a desenvolver um micro controlador que sanaria essas deficiências, e com um a ajuda de um aluno, que desenvolveu o software que programa as placas, a plataforma arduino foi criada. Sendo considerado um sucesso na época, os primeiros lotes em muito pouco tempo, muito devido ao sucesso adquirido pelos professores em fazer um equipamento de baixo custo. Arduino por sua vez, recebeu esse nome em homenagem a um bar na cidade de Ivrea na Itália, lugar esse, aonde os três precursores desse projeto se encontravam
	Devido justamente ao hardware e o software serem abertos, existem milhões de marcas, e modelos de placas de arduino, sendo bastante complexo mensurar a quantidade de vendas que essa tecnologia tem no mundo. Muito devido a isso, ao fato do software e ao hardware serem abertos, existem milhões de sites e fóruns focados no uso desse material. E claro, outra consequência de um projeto dessa amplitude ser opensource (código aberto), é justamente a possibilidade de um estudo mais aprofundado na área, e por vezes usuários darem contribuições no projeto inicial. 
FUNCIONAMENTO E COMPONENTES
No primeiro momento, é importante ressaltar que as placas arduino são considerados micro controladores, justamente por apresentarem um conjunto de hardwares, como microprocessador de 8 bits, que trabalha em um clock de 16 MHz, memória flash de 32 KB, contanto também com quatorze pinos de entrada e saída, sendo seis deles digitais. Essa é a configuração de uma das placas arduino originais mais vendidas atualmente, denominada: Arduino Uno R3.
Primeiramente essas configurações podem parecer bastante modestas. E de fato são quando comparadas aos computadores domésticos usados hoje em dia. No entanto, o uso delas é extremamente limitado, sendo restrito somente a automatização de atividades, ou seja, controlamento de dados. Sabendo dessa utilidade bastante restrita pode-se observar que levando em conta o preço, e o que ele se propõe a fazer, ele o faz com eficiência e rapidez.
As placas arduino são configuradas através de um computador, com o software da placa instalado. Cada placa por sua vez tem uma porta de saída USB de 5V, que será a comunicação entre a máquina e a placa. 
A configuração da placa se dará por uma linguagem de programação bastante simples, porém especifica (DSL - Domain Speficic Language), com origem em C/C++, justamente visando a facilidade de uso do produto, uma vez que esse tipo de linguagem é considerado padrão. E através disso, o usuário pode dar comandos a serem executados pela placa arduino.
SHIELDS
O termo, “Shields” é usado para dar nome a outros hardwares que podem ser acoplados às placas arduino, nas portas de entrada e saída, objetivando dessa forma, aumentar suas funcionalidades. Ou seja, quando tenho demandas que simplesmente linhas as linhas de código não são capazes de sanar, devo então, acoplar minhas Shields, para que dessa forma eu possa realizar o serviço solicitado. 
Entre as várias Shields disponíveis no mercado, podemos citar várias, como por exemplo a ethernet, que possibilita uma conexão do arduino com a internet, visando justamente o compartilhamento dos dados obtidos, ou o controlamento das atividades da placa, de modo remoto. Dentre as outras Shields disponíveis, observa-se sensores, e também a TouchShield Slide, que por sua vez, acopla uma tela sensível ao toque na placa arduino deixando as atividades mais intuitivas.
Naturalmente, para essas Shields funcionarem, as mesmas precisaram estar conectadas na placa arduino. Tendo em vista que a quantidade deportas de entrada e saída é limitada. Observa-se então que existe outra shield, denominada protoboard, que aumenta a quantidade de pinos de entrada e saída, e é geralmente usada, em projetos de grande porte, onde são necessários colocar sensores, vários capacitores, enfim.
APLICAÇÃO 
As aplicações são as mais diversas possíveis, ainda mais quando se lida com as Shields disponíveis no mercado para ele. Das mais variadas formas de utilização dessa plataforma, as aplicações mais diretas consistem na metodologia do ensino de física, em aparelhos para deficientes auditivos, no controle de uma caixa de correios, entre outros. Nesse primeiro momento iremos exemplificar na prática como funciona algumas aplicações, para o melhor entendimento. 
Marc Codina Barberá, um estudante de engenharia de informática, da universidade autônoma de Barcelona , desenvolveu um sistema com base no arduino para pessoas surdas. Tendo em vista que sinais sonoros hoje em dia são cada vez mais comuns. Esse estudante, acoplou no arduino de tamanho reduzido (tamanho de um relógio de pulso), e um sensor de sinais. Na primeira fase, os sinais captados são mostrados no pulso do usuário através de LED’s, e na segunda fase, o sinais são mandados para o smartphone do usuário. Esse envio para o smartphone se dá com uma shield chamada Xbee que realiza o emparelhamento via Bluetooh do circuito arduino, com um equipamento qualquer. Ou seja, como dito anteriormente, a placa de arduino vai gerenciar e controlar os dados enviados pelo sensor. Ou seja, fazendo papel de micro controlador de dados.
Outro projeto realizado a partir de arduino, que pode ser bastante interessante e conveniente, é justamente um estudo realizado pela pesquisadora Marisa Almeida Cavalcante, da PUC-SP (Pontifícia Universidade Católica – São Paulo) , que propõe o ensino de física através da plataforma arduino. Consiste basicamente no estudo de carga e descarga de capacitores, através da plataforma nesse trabalho apresentada, e nesse caso isso se dará quando os pinos de saída da placa, forem conectados aos capacitores. Esse projeto foi viabilizado dado o alto custo de micro controladores, e também o alto custo da compra em massa de microcomputadores. Outro fator importante para esse projeto é justamente a complexidade do ensino de física em todo o Brasil, dado a dificuldade dos alunos em fazer a conexão do aprendido em sala de aula, com a aula prática.
	Claro, com esses dois projetos, pode-se seguramente considerar, que a plataforma arduino é muito elegante e barata, para o desenvolvimento de protótipos, levando em conta inevitavelmente o baixo custo, que deverá ser desembolsado para a compra ou para a confecção das placas em questão. Também fica claro o altíssimo leque de possibilidades e abrangências que a plataforma arduino aborda, contemplando as mais diversas áreas de conhecimento, como visto anteriormente.
METODOLOGIA
A Plataforma arduino, apesar de ser considerada simples, uma vez que desde de sua origem ela foi direcionada para pessoas sem um conhecimento técnico nas áreas de engenharia e informática, a mesma requisita naturalmente de um estudo prévio, uma vez que a mesma engloba uma linguagem de programação que, ainda que comum e trivial, requer conhecimentos.
Devido a isso recomenda-se um estudo prévio do assunto, bem como aulas de capacitação. Visando a acessibilidade e a popularização dessa plataforma, existem inúmeras aulas disponibilizadas na internet que ensinam as mais diversas aplicações dessa plataforma, bem como sua linguagem especifica de programação.
Expandindo um pouco o projeto para escolas e universidades, os próprios profissionais de TI, presentes nessas instituições poderiam servir de guias ou até mesmo professores nessa área. Visto que em cursos de computação e tecnologia da informação, bem como todos ligados a inovações tecnológicas, essa linguagem é bastante simplista e pode ser passada aos alunos sem muitas barreiras.
REFERÊNCIAS
BARBERÁ, Marc Codina, Crear dispositivo para personas sordas, Barcelona, Universitat Autònoma de Barcelona,2013.
CAVALCANTE, Marisa Almeida; TAVOLARO, Cristiane Rodrigues Caetano; MOLISANI, Elio. Física com Arduino para iniciantes. Revista Brasileira de Ensino de Física. São Paulo. v. 33. 2011
EVANS, Martins. Arduino em ação, 2ª ed, São Paulo/SP, Novatec, 2014. Disponível em: https://books.google.com.br/books?hl=pt-BR&lr=&id=tig0CgAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA8&dq=arduino+placa&ots=mQmwjdZrXL&sig=XfxxIlEKIvu9ulNuD5a7HetSf5Q#v=onepage&q&f=true. Acesso em: 02.11.16 às 19:28
SOUTO, Filipe Vital. Desenvolvimento de um protótipo de automação predial e residencial utilizando a plataforma de prototipagem eletrônica Arduino. In: Congresso Brasileiro de educação em engenharia. 40. 2012. Belém/PA. Anais.2012. p.1-9