O que é Arduino: Para que serve, vantagens e como utilizar

Introdução

É muito possível que o leitor já tenha ouvido falar de Arduino, mas você sabe de fato o que é um Arduino? Quando foi inventado? Quais suas principais funções dentro de nossa sociedade? Qual sua importância dentro do mundo da eletrônica? Leia nosso post até o final e descobrirá, pois hoje destrincharemos todos os detalhes dessa tecnologia revolucionária, o Arduino.

Definição e História

O que é?

Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre e de placa única, projetada com um microcontrolador Atmel AVR com suporte de entrada/saída embutido, uma linguagem de programação padrão, a qual tem origem em Wiring, e é essencialmente C/C++. O objetivo do projeto é criar ferramentas que são acessíveis, com baixo custo, flexíveis e fáceis de se usar por principiantes e profissionais. Principalmente para aqueles que não teriam alcance aos controladores mais sofisticados e ferramentas mais complicadas.

O principal componente de uma placa Arduino é seu microcontrolador, que nada mais é que um pequeno processador de computador montado em uma placa com diversos outros componentes que manipulam sua entrada e saída, e o propósito para isso é tornar mais fácil para você conectar o mundo físico ao seu redor com o mundo digital

Ele está disponível por meio da licença Creative Commons Attribution Share-Alike licenseIsso quer dizer que todos os arquivos de design do projeto Arduino estão disponíveis gratuitamente na internet e que seu software e hardware são open-source, ou seja, qualquer um pode desenvolver sua própria linguagem ou placa de Arduino e vender sem pagar royaties, desde que não contenha a logo oficial do Arduino.

Como e quando surgiu?

Antes de chegarmos no Arduino, temos que abordar a criação da linguagem que inspirou essa plataforma: o Wiring. Desenvolvido por Hernando Barragán, essa linguagem foi formulada em sua tese de mestrado no Instituto Design de Interação de Ivrea (IDII). O objetivo da tese era tornar mais fácil para artistas e designers trabalharem com eletrônica, abstraindo os detalhes frequentemente complicados dessa área para que eles pudessem se concentrar em seus próprios objetivos.

Estes foram os principais elementos resultantes do Wiring:

  • Ambiente de desenvolvimento integrado simples (IDE), baseado no IDE Processing.org em execução no Microsoft Windows, Mac OS X e Linux para criar programas de software ou “esboços”, com um editor simples;
  • “Linguagem” simples ou “estrutura” de programação para microcontroladores;
  • Integração completa do conjunto de ferramentas (transparente para o usuário);
  • Bootloader para upload fácil de programas;
  • Monitor serial para inspecionar e enviar dados de/para o microcontrolador;
  • Software open source;
  • Projetos de hardware de código aberto baseados em um microcontrolador Atmel;
  • Referência online compreensiva para os comandos e bibliotecas, exemplos, tutoriais, fórum e uma vitrine de projetos feitos usando o Wiring.

Hernando Barragán.
Crédito: Universidad de los Andes

Quando a IDII fabricou o primeiro conjunto de placas de Wiring, o custo era provavelmente em torno de US$ 50,00 cada. Essa queda foi bastante considerável em relação ao preço das placas que estavam disponíveis, mas ainda era um custo significativo para a maioria das pessoas.

Em 2005, Massimo Banzi, junto com David Mellis (um aluno do IDII na época) e David Cuartielles, adicionaram um suporte para o microcontrolador ATmega8 mais barato à Wiring. Em seguida, eles bifurcaram (ou copiaram) o código-fonte do Wiring e começaram a executá-lo como um projeto separado, chamado Arduino.

A equipe central inicial do Arduino consistia em Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis.

Time Arduino.
Crédito: Twitter

O sucesso foi sinalizado com o obtenção de uma menção honrosa na categoria Comunidades Digitais em 2006, pela Prix Ars Electronica, além da marca de mais de 50.000 placas vendidas até outubro de 2008.

Porque utilizar o Arduino?

As principais razões para se utilizar a plataforma Arduino em seus projetos são as seguintes:

  • Baixo custo de prototipagem;
  • Softwares de simulação gratuitos disponíveis;
  • Fácil de programar;
  • Grande número de tutoriais, artigos e projetos prontos na internet;
  • Extensa comunidade de desenvolvedores e hobbystas;
  • Não requer experiência ou grandes conhecimentos prévios de eletrônica/programação (no entanto, é recomendável saber os conceitos básicos pelo menos).

O Arduino não é a única plataforma de prototipagem eletrônica do mercado. Existem outros projetos e kits de desenvolvimento, os mais comuns são o Raspberry Pi e o BeagleBone.

Cada qual utiliza um microcontrolador diferente e possui projeto de hardware com características próprias. Os preços também variam bastante e algumas outras plataformas não são tão populares.

A escolha de qual kit de prototipagem utilizar depende das demandas e necessidades que o seu projeto impõe.

Como funciona?

Vamos dividir a explicação em Hardware e Software para o leitor compreender melhor o funcionamento da plataforma Arduino.

Hardware

Existem diversos tipos de placa de Arduino, como o Arduino MEGA e o Arduino Pro Mini, porém iremos focar nossos estudos aqui no Arduino Uno, o mais famoso e utilizado no mundo da eletrônica.

Todas as informações aqui presentes estão disponíveis na página oficial do Arduino e recomendamos que o leitor a explore como complemento a esse texto.

São 6 classes de plataformas de prototipagem Arduino disponíveis no mercado atualmente:

  • Entry Level: Versões mais simples e focadas em quem está começando a desenvolver projetos eletrônicos;
  • Enhanced Features: Placas com funcionalidades adicionais voltadas para projetos mais complexos;
  • Internet of Things: Plataformas específicas para projetos de Internet das coisas;
  • Education: Apenas um modelo dessa classe, voltado para o ensino de eletrônica e programação;
  • Wearable: Plataformas com características específicas para o desenvolvimento de wearables, ou “tecnologias vestíveis”, como smartwatches e peças de roupa com eletrônica embutida;
  • 3D printing: Impressora 3D desenvolvida com Arduino.

Vamos focar no Arduino UNO, uma placa entry-level e um dos modelos mais populares e de custo mais acessível.

É uma placa ideal para quem está dando os primeiros passos na eletrônica e querendo descobrir o que é Arduino.

Abaixo, está ilustrado quais são as principais características de uma placa Arduino:

Placa Arduino – Descrição

A placa pode ser alimentada tanto pelo cabo USB como por adaptador AC/DC. Todos os features do microcontrolador estão disponibilizados para interfacear com o mundo externo.

Em geral, as entradas analógicas são utilizadas para ler sensores externos e as saídas PWM e outputs digitais são utilizadas para controlar motores e atuadores e acionar drivers para cargas externas.

Software

O Arduino Integrated Development Environment – ou Arduino Software (IDE) – contém um editor de texto para escrever código, uma área de mensagem, um console de texto, uma barra de ferramentas com botões para funções comuns e uma série de menus. Ele se conecta ao hardware Arduino e Genuino para fazer upload de programas e se comunicar com eles.

A IDE do Arduino também é open-source. Seu ambiente gráfico foi desenvolvido em Java e baseado em Processig e outras linguagens open-source. Para baixar essa linguagem, basta acessar a página oficial e fazer o download.

A linguagem de programação utilizada para escrever os códigos para Arduino é baseada nas tradicionais C/C++ (com modificações) e possui um grau de abstração muito alto e uma série de bibliotecas que encapsulam a maior parte da complexidade do microcontrolador.

Esse alto grau de abstração e o set de bibliotecas são os grandes responsáveis por fazer a programação mais intuitiva e rápida, pois não é necessário que o desenvolvedor conheça os registradores, os detalhes de memória e a dinâmica do processador.

IDE

Vemos que a IDE é bem simples e enxuta.

No alto temos as seguintes abas:

  • File;
  • Edit;
  • Sketch;
  • Tools;
  • Help.

Essa última em especial é interessante de ser sempre frequentada pelo usuário pois possui referências importantes e é a principal fonte de informações e troubleshooting.

Logo abaixo desse menu principal têm-se alguns ícones de atalho. São eles (da esquerda para a direita):

  • Verify: identifica erros de sintaxe no código;
  • Upload: Carrega o software na placa;
  • New: Cria uma nova aba “Sketch” em branco;
  • Open: Abri um Sketch do Sketchbook;
  • Save: Salva o Sketch em desenvolvimento.

Para saber como programar em Arduino, acesse nossos posts abaixo e descubra mais!

Programação com Arduino – Parte 1

Programação com Arduino – Parte 2

Exemplo: Blink

Agora que já conhecemos a história e a teoria por trás do Arduino, vamos colocar em prática um projeto bastante simples para nos familiarizarmos com essa tecnologia fantástica.

O nome desse projeto é Blink, e ele pode ser encontrado na própria biblioteca da IDE. Siga os passos abaixo para colocar essa implementação em prática.

Lista de materiais

Para esse projeto, você irá precisar de:

Montagem

A montagem do projeto é bem trivial, basta conectar a perna negativa do led (perna menor) ao ground do Arduino, e a perna positiva (maior) a um resistor de 220Ω, que será ligado a porta 13 do Arduino. A imagem a seguir ilustra como o projeto deve ser montado. Depois que a montagem for feita, o leitor pode conectar a placa de Arduino no computador para implementarmos a programação.

Programação

O programa utilizado aqui pode ser encontrado na própria biblioteca da IDE. Basta seguir os passos a seguir para encontrá-la.

Primeiramente, temos que nos certificar que a comunicação entre o computador e a placa está sendo feita da maneira correta. Vá em Ferramentas->Placas para determinar qual placa estamos utilizando. Nesse caso, estamos usando uma placa Arduino Uno, porém, se o leitor estiver utilizando outra placa, poderá selecioná-la.

Posteriormente, selecionamos por qual porta está sendo feita a comunicação. Para isso, vamos em Ferramentas->Porta e selecionamos a porta do Arduino, como está destacado abaixo.

Tendo isso definido, podemos passar para a implementação do programa. Para encontrá-lo, basta ir em Arquivo->Exemplos->01.Basics->Blink. Pronto, o código já aparecerá na sua IDE.

O código a seguir representa a implementação utilizada nesse tutorial, vamos entendê-lo.

Basicamente, o código faz o led piscar a cada segundo. Na função void setup, é definido para qual saída iremos mandar o sinal, nesse caso, seria a saída 13. Já no void loop, definimos o que o código irá fazer, e nesse caso, o programa acende o led na porta definida anteriormente, espera 1 segundo (1000 milisegundos), apaga o led e espera 1 segundo novamente. Isso se repete até o programa ser parado.

Usos e Aplicações

O número de aplicações possíveis com o Arduino é imensurável, porém separamos aqui algumas das principais funções que essa plataforma pode nos oferecer. Confira a seguir.

Eletrônica

Uma das principais utilidades do Arduino é seu uso em projetos de eletrônica. Sua portabilidade e seu custo fazem com que sua escolha para esses tipos de projetos seja a mais viável.

Selecionamos esse post para exemplificar na prática como um projeto de eletrônica funciona com Arduino. Aqui, foi montado um Gamepad apenas utilizando uma plataforma Arduino juntamente com alguns componentes eletrônicos. Super prático, simples de montar e barato. Confira abaixo!

Gamepad de PC: Arduino Pro Micro

Robótica

Outra grande utilização do Arduino é em projetos de robótica. Essa área está em ascensão constante em nossa sociedade, e a inserção do Arduino nesses projetos também.

Abaixo, exemplificamos esse tipo de aplicação com nosso post sobre Robô seguidor de linha. Ideal para ser utilizado em locomoções de peças e ferramentas em empresas, sua fácil implementação e custo baixo tornam o projeto uma ótima opção para essa área. Confira!

Robô Seguidor de Linha – Tutorial Completo

Automação Residencial

Uma das aplicações mais úteis do Arduino em nossas vidas é na automação residencial. A possibilidade de facilitar a execução de tarefas e de otimizar o funcionamento de aparelhos eletrônicos dentro de sua própria casa torna essa aplicabilidade extremamente desejável por todos.

Um bom exemplo seria o projeto evidenciado abaixo. A combinação da tecnologia Alexa juntamente com o Arduino torna sua experiência com componentes eletrônicos dentro de sua residência muito mais proveitosa. Confira já!

Automação Residencial com Alexa (Amazon) e NodeMCU

Segurança

Uma das áreas mais importantes para o desenvolvimento da tecnologia é a segurança. A necessidade da minimização de erros e da confiabilidade de garantia nesse ramo torna projetos eletrônicos uma boa pedida para essa área. Alguns exemplos de desenvolvimentos tecnológicos nesse âmbito são a criação de câmeras inteligentes e de sistemas de segurança otimizados. A plataforma Arduino pode ser aplicada de diversas formas em projetos desse tipo.

Escolhemos o seguinte post para elucidar na prática como essas aplicações podem ser implementadas. Nele, é desenvolvido uma porta automática com biometria, na qual, com a simples elaboração de um projeto em Arduino, é possível garantir a segurança de locais desejáveis. Confira abaixo!

Porta automática com biometria.

Jogos

Uma das aplicações mais divertidas do Arduino é na criação de jogos. As possibilidades são numerosas, e a diversão está tanto no desenvolvimento e montagem do projeto quanto no jogo em si.

Um bom jogo desenvolvido em Arduino é o exemplificado abaixo. O objetivo consiste em passar por todo o caminho do fio de cobre/alumínio sem encostar nele. Você pode jogar sozinho e desafiar suas coordenações motoras ou com algum amigo para saber quem é o melhor. Acesse nosso post abaixo e confira como confeccionar esse projeto!

Não encoste no fio! – Jogo no Arduino

Considerações Finais

Espero que tenha gostado do post. O objetivo aqui foi apenas iniciar sua jornada no mundo do Arduino, porém há ainda muito a aprender. Confira nossos outros post no blog para ficar por dentro de tudo que o Arduino pode nos proporcionar.

Avalie o post e deixe um comentário sobre seu interesse com Arduino e se esse artigo te ajudou a descobrir mais sobre essa plataforma.

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Até mais!

Referências

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Ricardo Lousada
Ricardo Lousada
Graduando em Engenharia de Controle e Automação pela UFMG. Ocupo meu tempo aprendendo cada vez mais sobre eletrônica e programação, áreas que mais gosto. Meus hobbies são cinema e livros.
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