Arduino

 Nota: Para outros significados, veja Arduino (desambiguação).

Arduino
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++
Lançado em	2005
Versão estável	1.0 (30 de novembro de 2011; há 24 semanas e 6 dias [1][2])
Escrito em	Java
Sistema Operacional	Microsoft Windows, Linux, Mac OS X[3][4]
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)
Portal das Tecnologias de informação

Arduino, palavra por vezes traduzida ao português como Arduíno,^[3][5] é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre, projetada com um microcontrolador Atmel AVR de placa única, com suporte de entrada/saída embutido, uma linguagem de programação padrão,^[6] na qual tem origem em Wiring, e é essencialmente C/C++.^[7] 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.^[8]

Pode ser usado para o desenvolvimento de objetos interativos independentes, ou ainda para ser conectado a um computador hospedeiro. Uma típica placa Arduino 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. 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,^[9] Pure Data,^[10] SuperCollider,^[11] ActionScript^[12] e Java.^[13] Em 2010 foi realizado um documentário sobre a plataforma chamado Arduino: The Documentary.

[editar] História

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,^[14][15] além da marca de mais de 50.000 placas vendidas até outubro de 2008.^[16][17]

Atualmente, seu hardware é feito através de um microcontrolador Atmel AVR, sendo que este não é um requerimento formal e pode ser estendido se tanto ele quanto a ferramenta alternativa suportarem a linguagem Arduino e forem aceitas por seu projeto.^[6] 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.^[17]

[editar] Plataforma

[editar] Hardware

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.^[18]

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.^[18]

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 serial contém 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.^[19][20]

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).^[21]

O modelo Nano, Boarduino e placas compatíveis com estas, fornecem conectores machos na parte de baixo da placa, para serem plugados em protoboards.^[18]

Tela do Arduino IDE mostrando um simples programa exemplo

[editar] Software

O Arduino IDE é uma aplicação multiplataforma escrita em Java na qual é derivada dos projetos Processing e Wiring.^[18][22] 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.^[8][23]

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:^[18]

• 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:^[24]

# define 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"
# define 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.
}
 
int main(void)
{
    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.^[25]

[editar] Aplicações

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 sua chegada. Ou abrir as janelas de um escritório conforme a intensidade da luz do sol e temperatura ambiente.^[26]

Os campos de atuação para o controle de sistemas são imensos, podendo ter aplicações na área de impressão 3D,^[27] robótica,^[28] engenharia de transportes,^[29] engenharia agronômica^[30] e musical.^[3][31]

[editar] Hardware oficial

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:^[32]

[editar] Licenças de Hardware e Software

Ver artigo principal: Hardware livre

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 leiaute e produção para algumas versões também estão hospedadas.^[32] 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.^[23]

[editar] Acessórios

Um shield de prototipagem, montado num Arduino.

O Arduino e clones fazem uso de shields (escudos, em inglês), nas quais são placas de circuito impresso normalmente fixados no topo do aparelho, através de uma conexão alimentada por pinos-conectores. Estes são expansões para ele, sendo que disponibilizam várias funções específicas, desde manipulação de motores até sistemas de rede sem fio.^[39]

Por exemplo:

• O Arduino Ethernet Shield
• O XBee Shield
• Liquidware TouchShield
• Shields Extensores
• Liquidware InputShield

Nota: as especificações são apresentadas em língua inglesa.

[editar] Clones

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.^[25][40]

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.^[41]

Alguns produtos compatíveis não oficiais que obtiveram êxito em lançamentos, possuem a terminação duino como forma de se referenciar ao dispositivo da qual derivaram.^[42]

[editar] Modelos Clone

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

[editar] Clones com bootloaders compatíveis

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.

[editar] Placas sem ATmega

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.

Referências

[editar] Ligações externas

O Commons possui uma categoria com multimídias sobre Arduino

A Wikipédia possui o portal: Software Livre {{{Portal2}}} {{{Portal3}}} {{{Portal4}}} {{{Portal5}}}

• Página principal do Arduino (em inglês)
• Wiki Arduino (em inglês)
• Video matéria de introdução ao assunto (em português)
• Apostila do Centro Tecnológico da Universidade Federal de Fluminense (em português)
• Tutorial Arduino (em português)
• Introdução: Tutorial Arduino (em inglês)
• Artigo sobre Arduino na revista Make (em inglês)
• Projeto "Wiring" (em inglês)
• Tutorial Arduino, com sugestões para iniciantes (em inglês)
• Projeto Makezine (em inglês)
• Exemplos de componentes, pela Frutzing (em inglês)
• Scada para Arduino (em inglês)