Desde o desenvolvimento do primeiro chip de silício em 1961, a tecnologia avançou significativamente. Os chips à base de silício, hoje integrados entre uma variedade de componentes em uma placa, possibilitaram que muitas aplicações de microcontroladores se tornassem realidade. Essas placas de microcontrolador são usadas para enviar e receber sinais digitais/analógicos de sensores e de outros circuitos. Esses sinais são processados no cérebro da placa do microcontrolador (CPU - unidade central de processamento) para disparar eventos, seja para controlar um atuador linear ou simplesmente piscar alguns LEDs.
A Progressive Automations oferece uma variedade de placas de microcontrolador, shields de expansão e sensores para atender a qualquer projeto que você imaginar. Para tomar uma decisão informada sobre qual é o melhor para sua aplicação, é importante conhecer as opções disponíveis e o que considerar ao comprar um microcontrolador.
Tipos de microcontroladores
A placa de microcontrolador mais popular é a série Arduino. Elas vêm em diferentes configurações, variando quanto ao número de pinos de entrada/saída disponíveis e à velocidade de processamento da CPU. Essas placas são programadas na linguagem C. Felizmente, não é difícil programar um microcontrolador da linha Arduino, pois há muitos recursos online; mas, se você precisar praticar, a Progressive Automations oferece um Arduino Starter Kit, que inclui mais de 200 componentes e peças elétricas para você começar.
As placas Arduino Uno Rev3 e Arduino Leonardo são ótimas para iniciantes e para projetos menores que exigem apenas alguns pinos de entrada/saída. O Arduino Uno vem com 14 pinos digitais e 6 pinos analógicos, enquanto o Leonardo vem com 20 pinos digitais e 12 pinos analógicos. Em comparação com o Uno, o Leonardo tem comunicação USB 2.0 integrada, o que permite a comunicação com um computador via USB. Se o espaço for uma preocupação no seu projeto, o Arduino Micro tem a mesma funcionalidade do Arduino Leonardo, mas em um formato menor.
O Arduino Mega e o Arduino Due são usados em projetos maiores que exigem numerosos pinos de entrada/saída. Em termos de potência de processamento, porém, o Arduino Due é mais de cinco vezes mais rápido, com velocidade de CPU de 84MHz, em comparação com 16MHz dos outros modelos Arduino. Ambos os modelos vêm com 54 pinos digitais de entrada/saída.
Projetos com microcontroladores
Vamos discutir quais aplicações podemos construir usando um microcontrolador. Há uma grande variedade de projetos possíveis com a integração de um microcontrolador para executar diversas funções. Por exemplo, um microcontrolador programável pode controlar um atuador linear para abrir/fechar um efetor final (isto é, garra) em um braço robótico em momentos específicos. Além disso, sensores de Feedback também podem ser usados nas extremidades do efetor final para acionar uma mudança de sinal no microcontrolador. Isso permite que o efetor final seja ativado apenas quando necessário ou quando detectar um objeto para agarrar.
Outra aplicação de um microcontrolador é o controle de acesso. Por exemplo, atuadores lineares às vezes são usados na escotilha de uma turbina eólica para permitir que técnicos tenham acesso ao interior da nacele da turbina. Um microcontrolador pode ser conectado a um leitor RFID/NFC e ao atuador linear que trava/destrava a escotilha. Quando um técnico autorizado encosta o cartão no leitor, o microcontrolador verifica se ele tem permissão para entrar e, se tiver, o atuador linear abre a escotilha.
O Stewart Platform Robot é um projeto que usa um microcontrolador Arduino para controlar seis atuadores lineares que estabilizam uma plataforma. Ele foi escolhido devido à sua alta velocidade de processamento, necessária para calcular a cinemática inversa complexa exigida para estabilizar a plataforma. Os casos de uso são infinitos ao implementar um microcontrolador em um projeto. Qualquer processamento necessário pode ser feito por um microcontrolador, digitalizando e automatizando seu projeto como você achar melhor.
Como escolher um microcontrolador para um projeto
Agora que estabelecemos os diferentes microcontroladores disponíveis e os projetos possíveis, como selecionar um microcontrolador para sua aplicação específica? O melhor microcontrolador depende do projeto/aplicação. Abaixo, compilamos uma lista de fatores a ter em mente ao escolher um microcontrolador.
Requisitos de energia
Todos os microcontroladores Arduino discutidos têm tensão de operação de 6-20V. A tensão pode vir de uma bateria ou de uma fonte de alimentação de CA para CC. No entanto, qualquer tensão inferior a 7V pode tornar o microcontrolador instável se a alimentação CC não for 100% estável. Além disso, fornecer mais de 20V fará com que os reguladores de tensão entrem em colapso e provoquem dissipação excessiva de calor.
Cada modelo traz especificações de corrente para a fonte de alimentação e para os pinos de entrada/saída. Se os pinos de entrada/saída têm um consumo de corrente máximo de 200mA, certifique-se de que o que você conectar a esses pinos não excederá esse valor. Por exemplo, você tem um atuador linear que consome 1A em carga total, o que você sabe que excederá a corrente suportada pelo pino de entrada/saída do Arduino. Portanto, é melhor usar uma placa controladora (driver) e alimentar o atuador linear com uma fonte de alimentação separada, com classificação de corrente mais alta.
Velocidade de processamento
A velocidade de processamento da maioria dos microcontroladores Arduino é de 16MHz. Se velocidade é o que você precisa, o Arduino Due atinge 84MHz – ou seja, pode executar 84 milhões de instruções por segundo. Essa velocidade é necessária quando múltiplas entradas/saídas precisam ser executadas com atraso mínimo (isto é, processar cálculos, comunicações seriais e leitura e escrita de pinos).
Como exemplo prático, um microcontrolador conectado a um atuador linear e a um interruptor é programado para interromper a extensão do atuador linear quando ele aciona o interruptor. Se a velocidade do atuador linear for rápida demais e as capacidades de processamento do Arduino forem lentas demais, o atuador linear baterá no interruptor e causará danos. Uma solução seria reduzir a velocidade do atuador linear ou usar um microcontrolador com maior velocidade de processamento.
Pinos
Dependendo da complexidade do seu projeto, você pode precisar de um microcontrolador com apenas alguns pinos ou de um microcontrolador com muitos pinos. Em alguns casos, pode ser necessário usar vários microcontroladores para acomodar a variedade de eletrônicos que você pretende conectar.
Também é possível encadear as portas de comunicação serial de várias placas Arduino para criar uma rede de controladores que interajam entre si. Programas de microcontroladores para esse tipo de aplicação são mais complexos, mas ilustram a flexibilidade dessa tecnologia. Como orientação geral, selecione um Arduino com a quantidade de pinos de que seu projeto precisará, mais um ou dois pinos extras, por precaução.
Shields ou circuitos adicionais
Se você pretende comprar uma placa de expansão de entrada/saída ou algum outro shield Arduino, certifique-se de que o modelo escolhido seja compatível com o modelo de Arduino que você está usando. A maioria dos shields fornecidos pela Progressive Automations é compatível com o Arduino Uno, como a MegaMoto GT, uma ponte H projetada para acionar múltiplos atuadores lineares simultaneamente. Como a maior parte dos atuadores lineares consome uma corrente que excederia a corrente máxima de um pino de entrada/saída do Arduino, a placa controladora MegaMoto é usada como um interruptor, exigindo apenas um sinal digital para ligar/desligar o atuador, variar a tensão ou mudar o sentido.
Você pode querer permitir o controle de um atuador linear no seu projeto pela rede. Nesse caso, será necessário escolher um microcontrolador sem fio, o que pode ser feito adquirindo um módulo WIFI ou Bluetooth compatível com o Arduino selecionado. Esses módulos permitem o controle remoto sem fio do seu projeto.
O futuro digital
A escolha do microcontrolador para o seu projeto não precisa ser complicada. Basta considerar os pontos discutidos anteriormente e você estará no caminho certo para automatizar seu projeto, seja controlando um único atuador linear ou vários atuadores lineares. Um microcontrolador pode beneficiar seu projeto de muitas maneiras, avançando rumo a um futuro digitalmente automatizado!
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