O mundo da eletrônica pode ser divertido e empolgante, mas muitas vezes pode parecer bastante assustador quando você olha para um diagrama de fiação e não faz ideia de por onde começar. Além disso, entender o código que vai para um microcontrolador pode ser confuso se você está começando agora. Felizmente, estamos aqui para lhe dar as informações de que você precisa para iniciar sua jornada de aprendizado!
Neste artigo, vamos nos aprofundar no que é um microcontrolador, analisando seus benefícios e recursos. Em seguida, daremos a você um projeto simples sobre como acionar um atuador linear a partir de um microcontrolador, começando por fazê-lo estender/retrair. Seja você novato em microcontroladores ou um hobbyista experiente que só precisa relembrar alguns conceitos, este artigo é para você. Este artigo é um de muitos que virão, nos quais daremos uma olhada mais de perto em shields para microcontroladores, módulos de sensores e drivers de motor. Mas vamos começar pelo básico!
O que é um microcontrolador: benefícios e recursos?
Olhe para a esquerda e depois para a direita. Você provavelmente verá várias coisas na sua casa ou escritório que têm um circuito integrado (CI) dentro — esses pequenos chips à base de silício são o cérebro dos seus dispositivos eletrônicos. Placas de microcontroladores terão um ou mais desses CIs a bordo, junto com um conjunto de periféricos.
Microcontroladores são dispositivos pequenos, versáteis e de baixo custo que podem ser implementados e programados com sucesso não apenas por engenheiros eletricistas experientes, mas também por hobbyistas, estudantes e profissionais de outras áreas.
Um microcontrolador geralmente possui os seguintes elementos:
- Unidade Central de Processamento (CPU): Executa operações aritméticas, gerencia o fluxo de dados e gera sinais de controle com base em um conjunto de instruções (ou seja, código).
- Memória não volátil: Armazena o programa do microcontrolador que diz à CPU exatamente o que fazer.
- Memória volátil (ou seja, RAM): Usada para armazenamento temporário de dados. Esses dados são perdidos quando o microcontrolador perde energia.
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Periféricos: Módulos de hardware que ajudam um microcontrolador a interagir com o sistema externo.
- Conversores de dados (CA-CC, CC-CA e geradores de tensão de referência).
- Geração de clock.
- Temporização.
- Entradas e saídas.
- Comunicação serial.
Um microcontrolador é muito econômico, pois pode ser produzido a um custo menor do que seus predecessores eletromecânicos. Além disso, placas de desenvolvimento, como o Arduino, permitem programação rápida e são ideais para protótipos de sistemas. Como a maior parte do circuito é feita de circuitos integrados, o custo de energia ao usar um microcontrolador é muito menor do que usar componentes individuais de um circuito lógico do tipo relé. Por fim, como o microcontrolador típico é programável, isso significa que você pode reaproveitá-lo em outro projeto, se necessário.
Como usar um microcontrolador com um atuador linear para estender/retrair
É hora de testar um atuador linear da Progressive Automations com um microcontrolador e fazê-lo estender/retrair! Vamos guiá-lo pelo cabeamento, bem como por como o código funciona, para que você possa modificar o controle do atuador linear como quiser.
O que você vai precisar
Aqui está o que você vai precisar para começar a parear um microcontrolador com um atuador linear. Todos os componentes podem ser comprados no site da Progressive Automations:
- Fonte de alimentação de 12 VCC
- Arduino Mega
- LCD com botões
- Relé de 2 canais
- Atuador (12 VCC com consumo de corrente máximo de 10 A)
- Cabo USB Tipo A/B e cabos jumper
Fiação e upload do código
Felizmente, não há muito cabeamento a ser feito por causa dos shields. Essa fiação simples torna este o melhor projeto para iniciantes aprenderem a usar um microcontrolador. Depois de ter os componentes necessários, siga as conexões de fiação abaixo passo a passo. Use a imagem de pinout do Arduino como referência.
- LCD empilhado no pino 26 do Arduino
- Relé IN1 no pino 30 do Arduino
- Relé IN2 no 5V do Arduino
- Relé VCC no GND do Arduino
- Relé GND no Relé NO2
- 12 VCC no Relé NC2
- 12 VCC no Relé NC1
- Relé NC2 no Relé NO1
- Relé NO2 no positivo do atuador
- Relé COM1 no negativo do atuador
- Relé COM2
Explicação do código
Veja o código completo deste projeto aqui.
O código entendido pela placa de microcontrolador Arduino é em C. Várias bibliotecas foram escritas, contendo código para simplificar a adição de vários periféricos, neste caso, o LCD (#include <LiquidCrystal.h>).
A primeira parte do código é a configuração dos pinos. Esses números de pino correspondem às conexões do relé nos números de pinos do Arduino. Se você optar por usar uma placa de microcontrolador Arduino diferente, certifique-se de alterar esses números para corresponder ao pino ao qual você conectou os relés.
O loop de configuração define os pinos do relé como SAÍDAS e ajusta os pinos para BAIXO. Além disso, alguns comandos são enviados ao LCD para exibir texto e configurar as setas do cursor. No loop principal, o código verifica constantemente se algum dos botões na placa LCD foi pressionado. Neste caso, os botões estão conectados ao pino A0 do Arduino. Quando um botão é pressionado, o valor lido pelo Arduino ficará próximo de 100 ou próximo de 255, dependendo de quais botões foram pressionados. Esses valores nem sempre são exatos, especialmente se você tiver circuitos adicionais conectados ao Arduino que possam interferir no sinal. Portanto, foi incluído um valor de limiar que pode ser ajustado se os botões estiverem muito sensíveis a interferências.
Se você tiver o Arduino conectado ao seu computador via USB, pode usar o monitor serial na IDE do Arduino para visualizar o sinal de saída do pino A0. Basta adicionar a linha de código abaixo ao loop principal:
Serial.println(A0);
Alguma lógica é aplicada ao sinal lido para determinar se o botão para cima ou para baixo foi pressionado. Se o botão para cima foi pressionado, um relé será ajustado para ALTO e o outro para BAIXO. Se o botão para baixo foi pressionado, a lógica é invertida. A ativação e desativação dos relés fará com que o atuador se estenda/retraia.
Agora que você sabe como o código funciona, pode brincar com ele adicionando lógica adicional, como acender um LED quando o atuador se estende e apagá-lo quando o atuador se retrai. Isso é bem simples de fazer e exigirá que você defina o número do pino, atribua o pino como SAÍDA e então ajuste esse pino para ALTO (comando digitalWrite) dentro da instrução if ou else if.
Conclusão
Trabalhar com um microcontrolador Arduino para um atuador, entre outros, pode ser bastante divertido e gratificante. Aprender a programar em um microcontrolador simples para um atuador, especialmente em linguagem C, é uma ótima maneira de desenvolver seu conhecimento e, potencialmente, transformar suas habilidades de programação em uma carreira. Comece pelo básico e evolua para projetos mais complexos.
Nos próximos artigos, exploraremos diversos shields que podem ser usados com o Arduino e mostraremos trechos de código um pouco mais complexos. Além disso, vamos investigar o uso de sensores para controlar trechos do seu código a fim de acionar um atuador linear. Se você tiver mais dúvidas sobre microcontroladores ou sobre a conexão de um atuador linear a um microcontrolador, não hesite em entrar em contato conosco!