Você sabia que com a utilização de um arduino é possível fazer sensores de led ou até mesmo aqueles carrinhos autônomos bastante parecidos com um robô? Pois bem, com um arduino em mãos é possível desenvolver diversas coisas que podem trazer algumas facilidades em seu cotidiano.
Geralmente quando vamos desenvolver um projeto com arduino começamos sempre pensando em partes pequenas e etapas, nunca no todo. Ou seja, você deve começar a pensar na programação em si só depois que tiver a estrutura de hardware como um todo montada.
Ainda hoje não existe nenhuma forma de programar um arduino sem colocar a mão em código, porém a sua programação de início pode ser considerada bem simples. Então, vamos apresentar aqui como funciona um arduino e como realizar a sua programação.
Fique com a gente e ótima leitura!
O que é a programação em arduino?
A programação em arduino é uma das principal forma para que um projeto de arduino seja desenvolvido com sucesso, isso quer dizer que não existe nenhuma forma de um projeto de arduino ser desenvolvido sem a presença de código
Realizar uma programação em um arduino trata-se do desenvolvimento de um código com algumas funcionalidades que a pessoa desenvolvedora de software deseja que o arduino execute.
Quando pensamos nos arduinos podemos tentar enxergar uma composição de duas partes sendo elas o hardware e o software uma dependendo da outra para o funcionamento. Além disso, para que o software possa ser executado, é preciso desenvolver um código utilizando uma linguagem de programação. Só depois disso o projeto no geral começar a rodar.
Conheça o básico para começar na programação em arduino!
Antes de começar a desenvolver uma programação para seu arduino, você precisa entender o que é uma placa de arduino, como ela funciona e para quê é usada.
Você pode pensar no arduino como um computador que possui diversas peças em seu hardware e diversos programas em seu software, além do sistema operacional que é instalado. No arduino isso não é diferente: ele apresenta também programas que podem ser desenvolvidos de acordo com o uso de variáveis, funções, atribuição de valores, operadores lógicos entre diferente outro métodos que são utilizados.
1. O que é uma placa arduino?
Bastante parecido com um notebook ou um computador, o arduino tem a capacidade de realizar o armazenamento de códigos que são desenvolvidos por pessoas desenvolvedoras que têm a capacidade e autonomia para realizar o controle dessa placa.
Essas placas são compostas por diversos componentes como por exemplo as entradas digitais ou analógicas, um controlador conhecido como Atmel AVR de 8 bits e uma interface serial, porém atualmente existe uma grande variedade de arduinos alguns com algumas particularidades sendo então o que mais diferencia entre eles.
Com isso, a utilização de uma placa de arduino pode ter diversos objetivos já que pode ser utilizada tanto para o desenvolvimento de projetos interativos como sensores e robôs como para conectá-los em sem computador para que outro componente possa ser desenvolvido.
2. Quais os principais componentes usados em um projeto arduino?
Os principais componentes do arduino são:
Leds
Os leds são pequenas luzes que são utilizadas dentro do arduino para sinalizar algo. Dessa forma se seu projeto depende de luzes de identificação ou algo desse tipo, o led pode ser utilizado como uma excelente opção.
Chaves e botões
Com o uso do componente de botão e chave é possível programar o comando manual, ou seja em combinação com os leds, por exemplo, você pode programá-los para acender e apagar as luzes de led.
Sensores
Os sensores geralmente são utilizados em projetos de arduino convertendo as informações do mundo real em sinais elétricos que entende que algo está ali. Atualmente, temos diversos tipos de sensores, porém os mais utilizados são o de umidade, temperatura, luminosidade, presença e obstáculos.
Motores
Os motores geralmente já são utilizados para projetos de arduinos mais complexos. Têm como objetivo realizar a conversão da energia elétrica para a energia mecânica, realizando, então, sua função.
Display
O display pode ser utilizado para mostrar informações. Geralmente na programação em arduino costumamos apenas olhar para as placas e nada mais, porém retornar um feedback para a pessoa usuária pode fazer toda diferença.
Módulos de comunicação
Além das grandes funcionalidades de um arduino, ainda assim ele tem a capacidade de realizar troca de informações remotamente com computadores, arduinos, tablets e celulares através dos módulos de comunicação.
Teclados matriciais
Bem parecidos com os módulos de comunicação, os teclados matriciais tem a capacidade de receber dados dos usuários. São parecidos com calculadoras, permitindo, então, o recebimento de informações.
3. Qual a linguagem de programação em arduino?
O arduino se baseia na linguagem de programação C++ e C além da linguagem conhecida como Wiring, que se trata de um framework open source disponível para diversos sistemas operacionais como o Linux, MacOS e Windows.
Além da linguagem de programação utilizada, existem uma série de bibliotecas que são utilizadas na programação de um arduino para evitar manipular os registradores e bits que são encontrados nos microcontroladores.
4. Estude e coloque em prática as linguagens C e C++
Se você já tem algum conhecimento prático sobre alguma linguagem de programação, a linguagem C e C++ não será nenhum problema. Porém se você não possui uma boa base sobre linguagem de programação e algoritmos isso não será um problema por conta do arduino utilizar uma linguagem de alto nível.
Além disso, se você tiver a oportunidade de revisar o conteúdo antes de começar a colocar em prática o desenvolvimento é de grande importância já que mesmo sendo utilizado a linguagem C a programação às vezes acaba dando uma diferenciada em alguns pontos por conta do uso de bibliotecas.
Variáveis
Assim como em todas linguagens de programação, as variáveis são utilizadas para o armazenamento de dados e até mesmo informações dentro de um programa com um tamanho pré-definido, sendo então fundamental na vida de uma pessoa programadora, já que com elas é possível realizar diversos tipos de validações, operações além de dar um grande auxílio na manutenção do código.
Imagine um cenário no qual você precisa verificar se um valor é igual ao outro, para isso você depende de uma variável para guardar o valor a e ou valor b dentro da memória, dessa forma:
Além disso, para que as variáveis possam ser utilizadas de forma mais precisa, entender os tipos dela é importante já que isso pode interferir diretamente no seu desenvolvimento.
Tipos de dados
Quando falamos sobre o tipo de dado de uma variável ou até mesmo de um programa, isso se refere a que tipo de informação pode ser armazenada naquela variável. Em muitas das linguagens de programação assim que uma variável é definida, obrigatoriamente a pessoa desenvolvedora precisa passar o tipo que ela está declarando.
No arduino por exemplo por utilizar o processador de dados ATmega, os tipos de variáveis aceitos são:
- Int: aceitam apenas números inteiros, sendo eles positivos ou negativos porém não pode conter mais de uma casa decimal.
- Boolean: só aceitam valores como true (verdadeiro) ou false (falso).
- Char: têm a capacidade de armazenar um único caracter.
- Byte: apresentam um tamanho de 8 bits.
- Float: têm a capacidade de armazenar números reais com precisão simples.
- Double: têm a capacidade de armazenar números reais com precisão dupla.
- String: aceitam uma sequência de caracteres.
- Void: retornam um tipo vazio ou seja não apresentam um tipo.
Dentre todos esses tipos de dados apresentados é normal que alguns sejam utilizados com maior frequência que outros, variando, então, de caso para caso.
Atribuições de valor
Atribuir valores significa declarar um valor para aquela variável que foi criada para que o valor possa ser armazenado nela. Quando essa atribuição ocorre no início do programa, geralmente chamamos de “inicialização de variavel”.
Supondo que temos uma variável do tipo int no qual ela vai se iniciar com o valor 1, isso significa que assim que ela for chamada ela permanecerá com o seu valor que foi declarado no início, ou seja 1.
Veja abaixo um exemplo de atribuição de valores:
Nesse exemplo percebe-se que o valor2 não mudou por se tratar de uma constante, já o valor1 foi possível realizar uma atribuição a ele.
Operador
Trata de um conjunto de caracteres que tem a capacidade de operar valores sendo elas variáveis e até mesmo constantes. Além disso, na maioria das vezes os operadores são utilizados para realizar verificações de softwares.
Uma boa parte das linguagem de programação apresentam um padrão de operadores, porém pode ocorrer de algumas linguagem utilizar alguns padrões diferentes, em C++ os operador são:
Operadores lógicos utilizados:
Operadores aritméticos utilizados:
Funções
As funções nas linguagens de programação são criadas com diversos objetivos, porém a maior parte deles são para realizar validações ou até mesmo manipular informações. Dessa forma para realizar a criação de uma função é necessário a sua declaração, ou seja dizer que ela é uma função e definir um nome para ela.
No arduino, as funções como analogRead e digitalWrite que são definidas dentro das bibliotecas do arduino são automaticamente incluídas no desenvolvimento de seu programa, porém funções que são realmente criadas, ou seja que não pertencem a biblioteca precisam ser chamadas dentro de seu programa.
Geralmente a estrutura criada para uma função ficará dessa forma:
Chamada de função
Toda função que é criada apresenta algum objetivo específico, dessa forma para a utilização é sempre necessário realizar a sua declaração no local que deseja utilizar. Assim que essa função for declarada, a pessoa desenvolvedora tem a liberdade de chamá-la em qualquer lugar que desejar dentro do código.
Geralmente a chamada de uma função é feita dessa forma:
Se a função possuir algum tipo de parâmetro, ele pode ser passado dessa forma:
Valor de retorno
O valor de retorno dentro de uma função é considerado um de seus pontos chaves, geralmente criamos funções com o objetivo de que ela seja executada e sempre nos retorne algum valor ou informação. Por sua vez, o retorno das funções podem ser bastante variadas já que depende diretamente do valor que a pessoa desenvolvedora estabeleceu para que a função retornasse.
Na função função setup() que é utilizado pelo proprio arduino, sua declaração é feita dessa forma:
Consequentemente, ela já está sendo declarada como void. Voltando um pouco no nosso conteúdo conseguimos ver que funções que são declaradas com o tipo void não possuem nenhum tipo de retorno, logo ela não retorna nada.
Mas, para fixar melhor esse conteúdo, imagine uma função que retorna uma mensagem de “Bem-vindo(a)” para a pessoa usuária. Ela pode ser desenvolvida retornando o valor dessa forma:
Parâmetros
Os parâmetros são nomes dados a variáveis que são declaradas no momento de definir uma determinada função. Geralmente quando desejamos utilizar uma variável dentro de uma função ao chamar, temos que inserir valores a ela.
Sua sintaxe ficará dessa forma:
Os parâmetros não são obrigatórios em todas as funções, isso quer dizer que é importante validar se realmente existe a necessidade da declaração de um parâmetro ou não para a função. Para entendermos melhor quando um parâmetro deve ser utilizado, vamos imaginar um cenário no qual a pessoa desenvolvedora vai criar uma função para a multiplicação de números.
O código ficará dessa forma:
A chamada da função ficará assim:
O retorno dessa função será a multiplicação do valorA com o valorB, no caso resultando em 550.
Comentários
Os comentários são considerados trechos ou até mesmo linhas que podem ser inseridas no código para realizar a identificação ou a documentação de algo. Por sua vez, comentários não apresentam nenhuma funcionalidade, ou seja não interferem de nenhuma forma no código se declarados de maneira correta.
Além de opção de documentar o código, os comentários também podem ser utilizados para desabilitar ferramentas no código, como o jslint que às vezes acaba gerando alguns erros não permitindo então a execução correta do código.
Na linguagem de programação C++ é possível declarar os comentários de duas maneiras diferentes.
Quando você deseja comentar um bloco de código, não existe a necessidade de ir comentando linha por linha. Sendo assim você pode declarar o comentário em bloco inserindo os caracteres /* no início do bloco e “ */ ” no final do bloco. Exemplo do comentário em bloco:
Agora, supondo que você deseja realizar o comentário apenas de uma linha de seu código, para isso é necessário inserir duas vezes o caractere (“ // ”). Exemplo do comentário em linha:
Estruturas de repetição da programação em arduino
Como diversas estruturas que podem ser utilizadas para o desenvolvimento de um programa de arduino, a estrutura de repetição é uma delas. Essas estruturas são consideradas blocos ou também conhecidos como laços com instruções que modificam a execução de um determinado código.
Atualmente é bastante comum ver código com diversas estruturas de repetições, principalmente quando estamos falando de um programa que tem como objetivo realizar grande quantidade de verificações.
Com essa grande variedade, vamos apresentar duas das estruturas de repetições mais utilizadas dentro da programação do arduino, com alguns exemplos, sendo elas:
For:
O “for” que em portugues significa “para”, é uma das estruturas de repetição que tem a capacidade de determinar uma ação para ser executada por determinar uma condição inicial e assim que essa condição for encontrada esse ciclo se encerra. Esse fluxo é controlado por variáveis que são inseridas dentro das verificações de acordo com o objetivo do programa que está sendo desenvolvido.
De início essa estrutura pode parecer um pouco confusa, mas tente entender sua sintaxe:
Agora um exemplo prático:
While:
A estrutura de repetição “While” que em portugues significa “enquanto”, bastante parecida com o “for” tem a capacidade de executar um conjunto de código enquanto aquela condição que foi estabelecida for verdadeira e quando falsa ela sai do laço de repetição.
Sintaxe da estrutura de repetição while:
Agora um exemplo prático, vamos reutilizar o mesmo que fizemos na estrutura de repetição “for”, porém agora utilizando “While”.
Estruturas de tomada de decisão
Um código é composto por diversas partes. Além das estruturas de repetição, temos também as estruturas de decisão que tem como objetivo decidir algo em relação ao dado ou informação inserida fazendo uma verificação se a expressão que está sendo validada é verdadeira ou falsa diante disso ela exibe o retorno programado.
Falando um pouco sobre arduino, a estrutura de tomada de decisão mais utilizada é o “if” que em portugues significa “se” e sua verificação é dessa forma “se determinada condição for verdadeira faça isso se não faça aquilo.”
A sintaxe da estrutura de tomada de decisão “IF” é dessa forma:
Um exemplo prático para estrutura de tomada de decisão “IF”:
5. Estude eletrônica básica
O conhecimento em linguagem de programação pode fazer toda diferença no momento de montar o programa para o arduino, porém ter um entendimento sobre eletrônica é importante já que o projeto de arduino se trata de uma composição de software e hardware trabalhando juntos.
Se você já possui um conhecimento básico sobre eletrônica que seja suficiente para entender sobre os circuitos, ligamentos de led entre outras estruturas do arduino, isso quer dizer que com o conhecimento em linguagem de programação já é o suficiente para você colocar a mão na massa.
Lembrando que não é necessário você se aprofundar tanto em eletrônica já que entender os componentes já é o suficiente para o desenvolvimento, mas um estudo a mais nunca é perdido sendo assim se você tem zero conhecimento em eletrônica, tente entender o básico antes de ir para a parte prática.
6. Instale a IDE do arduino
Agora vamos colocar em prática tudo que aprendemos até aqui!
Porém antes disso vamos realizar a instalação da nossa IDE para começar a desenvolver nosso código para o arduino. No nosso caso vamos utilizar o software chamado Arduino IDE onde vamos ter a liberdade de colocar em prática o projeto de arduino.
Para realizar a instalação do software Arduino IDE siga os seguintes passo a passo:
- Abra o site de instalação e escolha o sistema operacional para o download:
- Com o download feito, abra a pasta que o programa se encontra:
- Acesse o arquivo Arduino IDE:
- Agora é só aguardar a abertura e o software estará pronto para uso:
7. Planeje o seu primeiro projeto de programação em arduino
Com um arduino em mãos e com os conhecimentos necessários temos a liberdade de desenvolver desde as coisas mais simples até as coisas mais complexas com o arduino, dessa forma ele propõe uma grande liberdade em mãos.
Agora que já temos o software instalado em nossa máquina, vamos começar então a planejar nosso projeto de arduino. No nosso caso vamos desenvolver um projeto de arduino bastante simples.
Imagine o seguinte cenário no qual você e sua equipe estão desenvolvendo o projeto de uma cidade e nela é necessário um sistema de semáforo onde realmente identifique quando ele está aberto ou fechado.
Vamos então começar agora a desenvolver esse projeto de semáforo em arduino.
8. Escolha a placa correta para seu projeto
Atualmente com o grande crescimento do mercado, as placas de arduino vem chegando cada vez mais com novidades, dessa forma se você tem dúvidas em que placa escolher para desenvolver seu projeto em arduino, fique tranquilo, isso é normal principalmente com a variedade que temos hoje.
Os principais pontos que diferem uma placa de arduino são a sua memória, quantidade de entradas e os recursos que cada placa apresenta com suas particularidades. As placas que mais vem se destacando são:
Arduino UNU R3
É considerada uma das placas mais simples, ela é indicada para realizar projetos de arduino pequenos, além de ser recomendada para pessoas que estão iniciando na programação em arduino.
Arduino Leonardo
É um arduino um pouco mais robusto que o UNO R3, oferecendo a capacidade de reconhecimento de periféricos.
Arduino Due
O arduino Due é considerado uma placa de ponta, oferecendo uma maior capacidade em seus recursos além de permitir realizar projetos maiores.
Arduino Mega R3
Essa placa é utilizada como base da UNU, porém em relação quantidade e funcionalidades ela nem se compara já que é possível realizar grande projetos com ela por oferecer uma maior quantidade e qualidade em seu componentes.
Agora se você deseja saber mais sobre as placas de forma mais detalhada, você pode ler esse conteúdo do blog que fala melhor sobre as placas de forma mais detalhada.
Arduino UNU R3
Com esses detalhes sobre as placas, esperamos ter ajudado na forma em como escolher a sua, isso irá depender do projeto que você deseja desenvolver e até mesmo em relação a quais componentes é necessário, isso ajudará você a realizar uma boa escolha.
9. Compre os componentes necessários para o seu projeto
Se você já começou a desenvolver algo e ocorreu a falta de material, sabe o quanto é ruim ter que ficar parando para conseguir encontrar o que precisa não é mesmo? Pois bem, geralmente quando vamos desenvolver algo com arduino, algumas ferramentas e materiais são necessários para obter o sucesso do projeto, além do conhecimento sobre linguagem de programação e uma base sobre eletrônica.
Para desenvolvermos nosso projeto de semáforo em arduino, vamos precisar dos seguintes componentes:
- Resistor de 220 ohm;
- Protoboard;
- Led de alto brilho verde de 5mm;
- Led de alto brilho amarelo de 5mm;
- Led de alto brilho vermelho de 5mm;
- Cabo USB para Arduino + Uno R3;
- Jumpers.
10. Crie o código para executar o seu primeiro projeto!
Com os componentes já em mãos, vamos agora para a parte do código. Sempre antes de começar a desenvolver seu programa busque entender a lógica e o que precisa ser feito, isso trará mais facilidade no momento de programar.
Vamo então fazer um checklist do que vamos precisar dentro do código:
- Declarar as variáveis;
- Declarar os métodos de setup e loop;
- Chamar as funções pinMode e digitalWrite;
- Chamar a função de delay para a contagem de segundos.
Pronto! Agora que temos a estrutura montada o código ficará dessa forma:
#define SEMAFOROVERMELHO 10
#define SEMAFOROAMARELO 9
#define SEMAFOROVERDE 8
void setup() {
pinMode(SEMAFOROVERMELHO, OUTPUT);
pinMode(SEMAFOROAMARELO, OUTPUT);
pinMode(SEMAFOROVERDE, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(SEMAFOROVERDE, HIGH); // Acende
digitalWrite(SEMAFOROAMARELO, LOW); // Apaga
digitalWrite(SEMAFOROVERMELHO, LOW); // Apaga
delay(3000); // Aguarda 3 segundos
digitalWrite(SEMAFOROVERDE, LOW); // Apaga
digitalWrite(SEMAFOROAMARELO, HIGH); // Acende
digitalWrite(SEMAFOROVERMELHO, LOW); // Apaga
delay(2000); // Aguarda 2 segundos
digitalWrite(SEMAFOROVERDE, LOW); // Apaga
digitalWrite(SEMAFOROAMARELO, LOW); // Apaga
digitalWrite(SEMAFOROVERMELHO, HIGH); // Acende
delay(3000); // Aguarda 3 segundos
}11. Importe seu projeto para o hardware: é hora do resultado!
Com o programa todo funcionando finalmente chegou a hora de vermos na prática nosso código sendo executado, para isso vamos passar nosso código para o hardware, ou seja, para o arduino.
Para iniciarmos, é necessário certificar que a placa de arduino está conectada em sua máquina através do uso de um cabo USB. Com a placa conectada, vamos criar o chamado código de objeto ou código compilado, para isso vamos realizar o seguinte passo a passo:
- Com o Arduino IDE aberto e com o código finalizado clique na aba “Sketch”:
- Logo em seguida clique em Verify/Compile. Automaticamente o código começará a ser compilado.
- Com o código já compilado agora vamos para a última etapa, para isso entre novamente na aba “Sketch”.
- Agora selecione a opção “Upload”, se você deseja fazer isso por comando é necessário apenas apertar o comando CTRAL+U.
Agora seu código já se encontra rodando no arduino!
Conclusão
O arduino é uma placa onde as pessoas desenvolvedoras têm total liberdade para desenvolver diversas funcionalidades de acordo com seu conhecimento sobre a programação em arduino e uma base em eletrônica.
Uma das principais funções de um arduino é a criação de protótipos para depois uma criação de um produto maior geralmente bastante utilizado em faculdade por alunos que estão desenvolvendo projetos voltados para programação e utilização de sensores.
Com esse conteúdo bastante completo sobre arduino, agora é só colocar a mão na massa e desenvolver seu próprio projeto de arduino!
Gostou da leitura? Aproveite para ficar com a gente e ler também sobre como o que estudar para aprender mais sobre linguagem de programação.
