Arduino

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Arduino
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Arduino Uno
Desenvolvedor  • Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis.
 • Baseado no Processing, de Casey Reas e Ben Fry.
 • Comunidade Código aberto.
Plataforma C/C++
Lançamento 2005
Versão estável 1.0.5 (15 de maio de 2013; há 70 semanas [1] )
Versão em teste 1.5.5 (28 de novembro de 2013; há 41 semanas e 6 dias[1] )
Escrito em Java
Sistema operacional Microsoft Windows, Linux, Mac OS X[2] [3]
Gênero(s) Ambiente de desenvolvimento integrado
Licença  • Software em LGPL ou GPL
 • Hardware em Creative Commons
Estado do desenvolvimento Ativo
Página oficial http://www.arduino.cc/en/ (em inglês)

Arduino[4] [2] [5] é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre e de placa única,[6] projetada com um microcontrolador Atmel AVR com suporte de entrada/saída embutido, uma linguagem de programação padrão,[7] a qual tem origem em Wiring, e é essencialmente C/C++.[8] O objetivo do projeto é criar ferramentas que são acessíveis, com baixo custo, flexíveis e fáceis de se usar por artistas e amadores. Principalmente para aqueles que não teriam alcance aos controladores mais sofisticados e de ferramentas mais complicadas.[9]

Pode ser usado para o desenvolvimento de objetos interativos independentes, ou ainda para ser conectado a um computador hospedeiro. Uma típica placa Arduíno é composta por um controlador, algumas linhas de E/S digital e analógica, além de uma interface serial ou USB, para interligar-se ao hospedeiro, que é usado para programá-la e interagi-la em tempo real. Ela em si não possui qualquer recurso de rede, porém é comum combinar um ou mais Arduinos deste modo, usando extensões apropriadas chamadas de shields[10] . A interface do hospedeiro é simples, podendo ser escrita em várias linguagens. A mais popular é a Processing, mas outras que podem comunicar-se com a conexão serial são: Max/MSP,[11] Pure Data,[12] SuperCollider,[13] ActionScript[14] e Java.[15] Em 2010 foi realizado um documentário sobre a plataforma chamado Arduino: The Documentary.

História[editar | editar código-fonte]

O projeto iniciou-se na cidade de Ivrea, Itália, em 2005, com o intuito de interagir em projetos escolares de forma a ter um orçamento menor que outros sistemas de prototipagem disponíveis naquela época. Seu sucesso foi sinalizado com o recebimento de uma menção honrosa na categoria Comunidades Digitais em 2006, pela Prix Ars Electronica,[16] [17] além da marca de mais de 50.000 placas vendidas até outubro de 2008.[18] [19]

Atualmente, seu hardware é feito através de um microcontrolador Atmel AVR, sendo que este não é um requisito formal e pode ser estendido se tanto ele quanto a ferramenta alternativa suportarem a linguagem Arduíno e forem aceitas por seu projeto.[7] Considerando esta característica, muitos projetos paralelos se inspiram em cópias modificadas com placas de expansões, e acabam recebendo seus próprios nomes.

Apesar do sistema poder ser montado pelo próprio usuário, os mantenedores possuem um serviço de venda do produto pré-montado, através deles próprios e também por distribuidores oficiais com pontos de venda mundiais.[19]

Plataforma[editar | editar código-fonte]

Hardware[editar | editar código-fonte]

Arduino conectado a uma protoboard

Sua placa consiste em um microcontrolador Atmel AVR de 8 bits, com componentes complementares para facilitar a programação e incorporação para outros circuitos. Um importante aspecto é a maneira padrão que os conectores são expostos, permitindo o CPU ser interligado a outros módulos expansivos, conhecidos como shields. Os Arduinos originais utilizam a série de chips megaAVR, especialmente os ATmega8, ATmega168, ATmega328 e a ATmega1280; porém muitos outros processadores foram utilizados por clones deles.[20]

A grande maioria de placas inclui um regulador linear de 5 volts e um oscilador de cristal de 16 MHz (podendo haver variantes com um ressonador cerâmico), embora alguns esquemas como o LilyPad usam até 8 MHz e dispensam um regulador de tensão embutido, por ter uma forma específica de restrições de fator. Além de ser microcontrolador, o componente também é pré-programado com um bootloader que simplifica o carregamento de programas para o chip de memória flash embutido, comparado com outros aparelhos que usualmente necessitam de um chip programador externo.[20]

FTDI acoplado num Arduino NG

Conceitualmente, quando seu software é utilizado, ele monta todas as placas sobre uma programação de conexão serial RS-232, mas a maneira que é implementado no hardware varia em cada versão. Suas placas seriais contêm um simples circuito inversor para converter entre os sinais dos níveis RS-232 e TTL. Atualmente, existem alguns métodos diferentes para realizar a transmissão dos dados, como por placas programáveis via USB, adicionadas através de um chip adaptador USB-para-Serial como o FTDI FT232. Algumas variantes, como o Arduino Mini e o não oficial Boarduino, usam um módulo, cabo adaptador USB, bluetooth ou outros métodos. Nestes casos, são usados com ferramentas microcontroladoras ao invés do Arduino IDE, utilizando assim a programação padrão AVR ISP.[21] [22]

A maioria dos pinos de E/S dos microcontroladores são para uso de outros circuitos. A versão Diecimila, que substituiu a Duemilanove, por exemplo, disponibiliza 14 pinos digitais, 6 das quais podem produzir sinais MLP, além de 6 entradas analógicas. Estes estão disponíveis em cima da placa, através de conectores fêmeas de 0,1 polegadas (ou 0,25 centímetros).[23]

O modelo Nano, Boarduino e placas compatíveis com estas, fornecem conectores machos na parte de baixo da placa, para serem plugados em protoboards.[20]

Tela do Arduino IDE mostrando um simples programa exemplo

Software[editar | editar código-fonte]

O Arduino IDE é uma aplicação multiplataforma escrita em Java derivada dos projetos Processing e Wiring.[20] [24] É esquematizado para introduzir a programação a artistas e a pessoas não familiarizadas com o desenvolvimento de software. Inclui um editor de código com recursos de realce de sintaxe, parênteses correspondentes e identação automática, sendo capaz de compilar e carregar programas para a placa com um único clique. Com isso não há a necessidade de editar Makefiles ou rodar programas em ambientes de linha de comando.[9] [25]

Tendo uma biblioteca chamada "Wiring", ele possui a capacidade de programar em C/C++. Isto permite criar com facilidade muitas operações de entrada e saída, tendo que definir apenas duas funções no pedido para fazer um programa funcional:[20]

  • setup() – Inserida no inicio, na qual pode ser usada para inicializar configuração, e
  • loop() – Chamada para repetir um bloco de comandos ou esperar até que seja desligada.

Habitualmente, o primeiro programa que é executado tem a simples função de piscar um LED. No ambiente de desenvolvimento, o usuário escreve um programa exemplo como este:[26]

// define LED_PIN 13
int LED_PIN = 13;
 
void setup () {
    pinMode (LED_PIN, OUTPUT);     // habilita o pino 13 para saída digital (OUTPUT).
}
 
void loop () {
    digitalWrite (LED_PIN, HIGH);  // liga o LED.
    delay (1000);                  // espera 1 segundo (1000 milissegundos).
    digitalWrite (LED_PIN, LOW);   // desliga o LED.
    delay (1000);                  // espera 1 segundo.
}

O código acima não seria visto pelo compilador como um programa válido, então, quando o usuário tentar carregá-lo para a placa, uma cópia do código é escrita para um arquivo temporário com um cabeçalho extra incluído no topo, e uma simples função principal como mostrada abaixo:

# include<WProgram.h>
 
void setup () {
    pinMode (LED_PIN, OUTPUT);     // habilita o pino 13 para saída digital (OUTPUT).
}
 
void loop () {
    digitalWrite (LED_PIN, HIGH);  // liga o LED.
    delay (1000);                  // espera 1 segundo (1000 milissegundos).
    digitalWrite (LED_PIN, LOW);   // desliga o LED.
    delay (1000);                  // espera 1 segundo.
}
 
int main(void)
{
    // define LED_PIN 13
    int LED_PIN = 13;
 
    init();
 
    setup();
 
    for (;;)
        loop();
 
    return 0;
}

"WProgram.h" é um recurso para referenciar a biblioteca Wiring, e a função main( ) apenas faz três chamadas distintas: init( ), definida em sua própria biblioteca, setup( ) e loop( ), sendo as duas últimas configuradas pelo usuário.

O Arduino IDE usa o Conjunto de ferramentas GNU e o AVR Libc para compilar os programas, para depois, com o avrdude, enviar os programas para a placa.[27]

Aplicações[editar | editar código-fonte]

A principal finalidade do Arduino num sistema é facilitar a prototipagem, implementação ou emulação do controle de sistemas interativos, a nível doméstico, comercial ou móvel, da mesma forma que o CLP controla sistemas de funcionamento industriais. Com ele é possível enviar ou receber informações de basicamente qualquer sistema eletrônico, como identificar a aproximação de uma pessoa e variar a intensidade da luz do ambiente conforme a sua chegada. Ou abrir as janelas de um escritório de acordo com a intensidade da luz do sol e temperatura ambiente.[28]

Os campos de atuação para o controle de sistemas são imensos, podendo ter aplicações na área de impressão 3D,[29] robótica,[30] engenharia de transportes,[31] engenharia agronômica[32] e musical.[2] [33]

Hardware oficial[editar | editar código-fonte]

Diecimila.

O Arduino original é fabricado pela companhia italiana Smart Projects, porém a estadunidense SparkFun Electronics também possui algumas marcas comerciais sob a mesma licença.

Foram produzidas comercialmente 11 versões do dispositivo:[34]

Modelo Descrição e tipo de conexão ao hospedeiro Controlador
Serial Arduino [20] Serial DB9 para programação ATmega8
Arduino Extreme [20] USB para programação ATmega8
Arduino Mini [20] Versão em miniatura do Arduino utilizando montagem superficial ATmega168
Arduino Nano[35] Versão menor que o Arduino Mini, energizado por USB e conectado por montagem superficial ATmega168/328
LilyPad Arduino[36] [37] Projeto minimalista para aplicações portáteis, utilizando montagem superficial ATmega168
Arduino NG[12] USB para programação ATmega8
Arduino NG plus[38] USB para programação ATmega168
Arduino BT[12] [20] interface bluetooth para comunicação ATmega168
Arduino Diecimila[39] Interface USB Atmega168 em um pacote DIL28 (foto)
Arduino Duemilanove[20] Duemilanove significa "2009" em italiano. É energizado via USB/DC, com alternação automática Atmega168 (Atmega328 para a versão mais nova)
Arduino Mega[20] Montagem superficial ATmega1280 para E/S adicionais e memória
Arduino Uno[40] Utiliza Atmega8U2 para driver conversor Serial-USB, ao invés do FTDI.
"Uno" significa "Um" em italiano.
Esta versão é considerada a versão 1.0 do projeto, sendo que as placas que sucederem a esta serão referenciadas.
ATmega328

Licenças de Hardware e Software[editar | editar código-fonte]

Os projetos e esquemas de hardwares são distribuídos sob a licença Creative Commons Attribution Share-Alike 2.5, e estão disponíveis em sua página oficial. Arquivos de layout e produção para algumas versões também estão hospedadas.[34] A código fonte para o IDE e a biblioteca de funções da placa são disponibilizadas sob a licença GPLv2 e hospedadas pelo projeto Google Code.[25]

Acessórios[editar | editar código-fonte]

Um shield de prototipagem, montado num Arduino.

O Arduino e seus clones fazem uso de shields (escudos, em inglês): placas de circuito impresso normalmente fixadas no topo do aparelho através de uma conexão alimentada por pinos-conectores. São expansões que disponibilizam várias funções específicas, desde a manipulação de motores até sistemas de rede sem fio.[41]

Exemplos:

Nota: as especificações são apresentadas em língua inglesa.

Clones[editar | editar código-fonte]

O documento de política oficial enfatiza que o projeto é aberto para a incorporação de trabalhos paralelos no produto original, e apesar de o hardware e software serem projetados sob licenças copyleft, os desenvolvedores vem expressando um desejo de que o nome "Arduino" (ou derivados dele) seja exclusivo para o produto oficial, e não seja usado para trabalhos de terceiros sem autorização.[27] [42]

Devido a isso, um grupo de usuários criou um projeto alternativo, baseado na versão Diecimila, chamado de Freeduino, sendo que o nome não possui nenhum uso de direito autoral, e é livre para ser usado para qualquer fim.[43]

Alguns produtos compatíveis não oficiais que obtiveram êxito em lançamentos, possuem a terminação duino como forma de se referenciar ao dispositivo da qual derivaram.[44]

Modelos Clone[editar | editar código-fonte]

As placas a seguir são quase ou totalmente compatíveis tanto com o hardware quanto com o software do Arduino, incluindo serem capazes de aceitarem placas derivadas do mesmo.

Metalab, local onde se desenvolve o Metaboard, clone do Arduino
Modelo Descrição
Freeduino SB Fabricado e vendido como mini-kit pela Solarbotics Ltd.[45] [46]
Freeduino MaxSerial Placa com porta padrão serial DB9, fabricado e vendido em pacote ou em partes pela Fundamental Logic.[46]
Freeduino Through-Hole Superfície montada, fabricada e vendida como um pacote pela NKC Electronics.[46]
Illuminato Utiliza ATMega645 ao invés de um ATMega168. Disponibiliza 64k de flash, 4K de RAM e 32 pinos gerais de E/S. O Hardware e firmware são código aberto. Projetada para ter uma aparência esbelta e tem 10 LEDs que podem ser controlados usando uma instrução "oculta" . é desenvolvida pela Liquidware.[47]
metaboard Projetada para ter pouca complexidade e baixo preço. O hardware e firmware são código aberto. É desenvolvida pela Metalab, um hackerspace em Viena.[48]
Seeeduino Derivada da Diecimila.[49]
eJackino Pacote da CQ no Japão. Similar ao Seeeduino, podendo utilizar placa universais como os shields. Na parte de trás, há uma "estação Akihabara" de seda, parecido com o do Arduino.
Wiseduino Placa microcontroladora, incluindo um relógio de tempo real (RTC) DS1307, com bateria reserva, um chip EEPROM 24LC256 e um conector para adaptadores XBee.[50]
Brasuíno Baseada no Arduíno Uno, mas redesenhada com o software livre KiCAD. Mantém compatibilidade com o Arduino Uno original, com algumas melhorias[51] . O hardware é licenciado como GPL. Desenvolvida, fabricada e comercializada pela Holoscópio, do Brasil.

Clones com bootloaders compatíveis[editar | editar código-fonte]

As placas a seguir são compatíveis com o software do Arduino mas não aceitam shields. Elas possuem diferentes conectores para energia e E/S, tais como uma série de pinos do lado de baixo da placa, facilitando assim o uso com ProtoBoards, ou para conexões mais específicas.

Modelo Descrição Chip Controlador
Alevino Módulo compacto, fabricado no Brasil, com pinagem compatível com Arduino Nano e interface USB externa. Faz parte do sistema Nanoshields. ATmega328P
Oak Micros om328p Arduino Duemilanove compactado até um dispositivo que seja capaz de ser prototificada (36mm x 18mm), que pode ser inserida em um soquete padrão de 600mil e 28 pinos. Capacidade de USB e 6 LEDs embutidos ATmega328p
Boarduino Um clone de baixo-custo da Diecimila feito para prototipagem, produzida pela Adafruit ATmega328P
Bare Bones Board (BBB) (BBB) e Really Bare Bones Board (RBBB) Compacto e de baixo-custo, próprio para prototipagem. Feito pela Modern Device ATmega168/328P
iDuino Placa USB para prototipagem, produzida e vendida como um pacote pela Fundamental Logic ATmega/168/328
Sanguino Clone de fonte livre do Arduíno. Possui 64K de flash, 4K de RAM, 32 pinos de E/S gerais, um pino 40 DIP. É desenvolvido com o intuito de ser utilizado pelo Projeto RepRap ATmega644P
LEDuino Placa reforçada com I²C, decodificador DCC e uma interface CAN-bus. Produzida utilizando montagem superficial vendida pronta pela Siliconrailway. NC
Stickduino Placa de baixo-custo, similar a um pen drive ATmega168
Roboduino Projetado para robótica. Todas as suas conexões são distribuídas para que os sensores e servos possam facilmente serem anexados. Entradas adicionais para energia e comunicação serial também estão disponíveis. Desenvolvida pela Curious Inventor, L.L.C. NC
Wireless Widget Compacto (35 mm x 70 mm), Baixa voltagem, bateria de energia igual ao do Arduino, e rede sem fio capaz de alcançar até 120 metros de distância. Projetado para ser tanto portátil quanto a baixo custo, para aplicações RSSF ATmega168V/328P
ZB1 Placa que inclui Zigbee radio (XBee). Podendo ser energizado via USB, adaptador de parede ou uma fonte de bateria externa. Projetado para baixo custo em aplicações RSSF ATmega168
NB1A Inclui uma bateria reserva para relógio de tempo real e quatro canais DAC, sendo que a maioria dos clones de Arduino precisam de um shield para obter esta função ATmega328
NB2A Inclui uma bateria reserva para relógio de tempo real e dois canais DAC. Possui o mesmo chip controlador do Sanguino, porém com memória adicional, linhas de E/S e um segundo UART ATmega644P

Placas sem ATmega[editar | editar código-fonte]

As seguintes placas aceitam placas extensoras para Arduino mas não utilizam os microcontroladores da ATmega . Sendo assim, eles são incompatíveis com o programa original, entretanto, por causa de terem os requerimentos para funcionar os shields, podem trabalhar com outras IDEs.

Modelo Descrição
Colduino Sistema desenvolvido pela BRTOS baseada em arquitetura Freescale Coldfire V1
ARMmitePRO Placa baseada em ARM, programável em BASIC ou C. Fabricada pela Coridium
Cortino Sistema desenvolvido para ARM 32-bit, com um microprocessador Cortex M3
Pinguino Placa baseada num microcontrolador PIC, com suporte USB nativo e programável pelo programa oficial mais um IDE construída em Python

Referências

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  2. a b c Arduino: Robótica para iniciantes (em português) Olhar Digital (21 de março de 2010). Página visitada em 2 de abril de 2010. "Tradução do nome Arduino pela matéria porém mantida no título da mesma."
  3. Arduino - Software (em inglês) Projeto Arduino. Página visitada em 29 de janeiro de 2012.
  4. Substantivo próprio na língua Italiana, usado para nomear pessoas, porém de origem germânica da palavra "Harduwin" ou "Hardwin", que pode ser traduzida como Forte e Amigo, este nome se tornou popular graças ao rei italiano Arduino de Ivrea (1002-1015)Italian Baby Names (em inglês). Página visitada em 16 de outubro de 2013.
  5. rcruz (17 de janeiro de 2011). Arduíno: robôs em código aberto (em português) Editora Abril Artigo (Paisagem Fabricada - Planeta Sustentável). Página visitada em 29 de janeiro de 2012.
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  8. Processo de construção do Arduino (em inglês) Projeto Arduino.
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Ligações externas[editar | editar código-fonte]

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