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Zelma Ferreira dos Santos
MÓDULO VI – SENSORES
MICROCONTROLADORES E PLATAFORMAS DE PROTOTIPAGEM
Alto Paraíso de Goiás
2015
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Contextualização
A operacionalização dos sensores e atuadores é geralmente realizada por controladores ou
microcontroladores. Muitos controladores já saem de fábrica pré-programados para
executar uma função específica. No entanto, atualmente, existem diversas plataformas de
prototipagem baseadas em microcontroladores, com um custo relativamente baixo que
podem ser programadas pelos próprios usuários de acordo com suas necessidades. Isso
tem alimentado significativamente o “movimento Maker”, uma tendência mundial que
incentiva a construção de engenhocas por suas próprias mãos.
Problema 1:
Pesquise sobre os microcontroladores e apresente ao menos três tipos de plataformas de
prototipagem atuais e suas principais características?
Os microcontroladores são microprocessadores que podem ser programados para
funções específicas. Na maioria dos casos são usados para controlar circuitos e, portanto
encontram-se no interior de outros dispositivos, recebendo assim o nome de "controladores
embutidos". É pequeno porque em uma única pastilha de silício encapsulada existem todos
os componentes necessários ao controle de um processo.
Sua estrutura interna apresenta um processador, bem como circuitos de memória e
periféricos de entrada e saída. Dotado de inteligência programável porque possui uma
Unidade Lógica Aritmética, onde todas as operações matemáticas e lógicas são
executadas. E toda essa lógica é estruturada na forma de um programa e gravada dentro
do componente, estão, toda vez que o microcontrolador for alimentado o programa interno
será executado.
Operam em baixa frequência se comparados com os microprocessadores atuais, no
entanto são adequados para a maioria das aplicações usuais como, por exemplo, controlar
uma máquina de lavar roupas ou uma esteira de chão de fábrica. O seu consumo em geral
é relativamente pequeno, normalmente na casa dos miliwatts e possuem geralmente
habilidade para entrar em modo de espera (Sleep ou Wait) aguardando por uma
interrupção ou evento externo, como por exemplo, o acionamento de uma tecla, ou sinal
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que chega via uma interface de dados. O consumo destes microcontroladores em modo de
espera pode chegar na casa dos nanowatts, tornando-os ideais para aplicações onde a
exigência de baixo consumo de energia é um fator decisivo para o sucesso do projeto.
PLATAFORMA ARDUINO
Plataforma voltada principalmente para uso educacional, pois é uma plataforma
OpenSource própria para a integração com dispositivos eletrônicos básicos, além de
apresentar uma interface de programação simplificada com um conjunto de bibliotecas
básicas já disponíveis para uso.
O Arduino Uno é uma plataforma de prototipagem baseada no microcontrolador
ATmega328. A plataforma possui 14 pinos digitais que podem funcionar como pinos de
entrada ou saída digital, 6 entradas analógicas, um cristal oscilador de 16 MHz, uma porta
de conexão USB, um conector de alimentação, e um botão de reset. Esta plataforma
contém tudo o que é necessário para suportar o microcontrolador. Basta conectá-la a um
computador com um cabo USB ou ligá-la em uma fonte de energia para que a mesma
comece a funcionar. A Figura 12.5 abaixo lista as principais características de hardware do
Arduino.
PLATAFORMA MBED
Apresenta um hardware mais rápido e potente, incluindo também mais recursos
embutidos (como controladores de rede) e bibliotecas de software ainda mais sofisticadas,
viabilizando projetos maiores. Consistem de uma série de microcontroladores projetados
com encapsulamento DIP (dual in-line package) para montagem em placas protoboard sem
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solda, stripboards e trough-hole. Existem duas variantes da plataforma Mbed: a NXP
LPC11U24 e a NXP LPC1768.
Incluem uma interface USB de acesso para programação. Para uso, basta se
conectar o dispositivo a uma porta USB do computador, copiar o programa ARM binário
para a memória flash para que o processador seja capaz de executar o código. Essa
interface é compatível com os sistemas Windows, Mac OS X e Linux, desta forma a
plataforma é indiferente ao sistema do Mbed. O programa binário pode ser obtido
utilizando-se um compilador em “nuvem”, disponível através do site do próprio fabricante.
Possui inúmeras portas de conexões totalizando 25 pinos disponíveis para o
LPC1768. Por meio destes pinos podem ser incorporados dispositivos e funcionalidades
como interface de rede Ethernet, leitores e gravadores RFID, leitores biométricos, câmeras,
teclados numéricos, telas LCD touch screen, entre outros. Além disto, esses
microcontroladores podem ser alimentados através da interface USB de um computador ou
através de fontes externas com voltagem operando entre 4.5V e 12V
PLATAFORMA BEAGLEBONE
Com base no Processador Sitara™ AM335x ARM® Cortex™-A8 da Texas
Instruments é uma plataforma aberta pronta para uso e prototipagem rápida de hardware,
desenvolvimento de software e firmware. Lançada em 2011, a BeagleBone possui baixo
custo e segue as pegadas de BeagleBoard.org. A plataforma BeagleBoard-xM é sucesso
em aplicações de médio e grande porte, como por exemplo: Rede de robôs autônomos
sem fio, kits de educação eletrônica para autoaprendizagem, sinalização digital inteligente,
dispositivos de jogos, automação de residências.
O processador ARM Cortex-A8 opera na frequência de 720 MHz e possui
aceleração gráfica 3D com unidade de processamento gráfica programável SGX, da
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Imagination Technologies. possui 256 megabytes (MB) de memória RAM DDR2, um
soquete para microSD , um cartão microSD de quatro gigabytes (GB) com imagem de
validação e demonstração de Linux construído a partir da Distribuição Angstrom. Além de
executar o kernel Linux, muitos ambientes de desenvolvimento são suportados pela
comunidade e desenvolvedores, tais como Android ™, OpenEmbedded, Windows®
Embedded, QNX, Ubuntu, Symbian, Debian, Fedora, Gentoo, FreeBSD e outros.
Para acomodar uma variedade de sensores, controles e outros tipos de interfaces,
ela tem dois conectores de 46 pinos para expansão, caracterizando 66 de interrupção de
propósito geral, geração de entrada / saída (GPIO) pinos em 3,3 V e multiplexadas com
sinais de LCD, um barramento de memória paralela, um barramento secundário MMC / SD
/ SDIO, dois barramentos I2C, cinco UARTs, uma porta série SPI, uma porta serial, I2S/
AC97-capable bus CAN, 6 PWMs, temporizadores múltiplos/contadores e mais periféricos
digitais, além de 7 conversores analógico-digitais. Um cabo USB fornece alimentação e
acesso a placa BeagleBone. Por meio deste cabo USB, os usuários são capazes de
acessar USB do processador, Portas Serial e Interface JTAG. Além disso, a BeagleBone
pode ser ligada a um BeagleBoard ou qualquer computador Linux via USB ou Ethernet e
operar como um módulo de expansão para ele.
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Problema 2:
As plataformas de prototipagem possuem pinos de entrada/saída analógicas e digitais. Cite
a diferença entre elas e dê exemplos de sensores que podem ser conectados a cada uma.
Numa entrada analógica é convertido o sinal (áudio ou vídeo) em pulsos eletrônicos.
Já a digital é transformada em binário (0's e 1's) e é enviado para um "fim" (aparelho) que
pega no binário e transforma no sinal original..
Exemplo:
Nas entradas analógicas, podem ser conectados sensores como termômetros, sensores de
luminosidade, etc.
Já nas Digitais podem ser conectados termostatos, controles de nível, pressostatos, est.
Referencias
http://robolivre.org/conteudo/microcontroladores
http://www.lrc.ic.unicamp.br/~luciano/publications/smc12.pdf
http://www.sabereletronica.com.br/artigos/2849-beaglebone-placa-de-desenvolvimento-de-
baixo-custo
