Eletricidade Básica e Arduino
Mauro Lopes Carvalho Silva
Professor EBTT
DAI – Departamento de Informática
Campus Monte Castelo
Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Maranhão
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Programação de Dispositivos Móveis
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Objetivos
• Nesta aula iremos apresentar os conceitos básicos
sobre Eletricidade e Arduino. Iremos discorrer um
pouco sobre os elementos básicos que envolvem o
entendimento de corrente elétrica e também sobre
a placa de prototipação Arduino.
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Eletricidade Básica
▪ Carga Elétrica;
▪ Condutores e Isolantes;
▪ Eletricidade;
▪ Corrente Elétrica;
▪ Resistores;
• Arduino
Plano de Aula
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• A matéria é formada de
pequenas partículas, os
átomos. Cada átomo, por
sua vez, é constituído de
partículas ainda menores,
no núcleo: os prótons
(positivos) e os nêutrons
(sem carga); na
eletrosfera: os elétrons
(negativos). Às partículas
eletrizadas, elétrons e
prótons, chamamos "carga
elétrica".
Carga Elétrica
Eletricidade Básica
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Condutores e Isolantes
Eletricidade Básica
• Condutores de eletricidade
São os meios materiais nos quais há facilidade de
movimento de cargas elétricas, devido à presença de
"elétrons livres". Ex: fio de cobre, alumínio, etc.
• Isolantes de eletricidade
São os meios materiais nos quais não há facilidade
de movimento de cargas elétricas. Ex: vidro,
borracha, madeira seca, etc.
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Eletricidade
Eletricidade Básica
Atomos com mais elétrons que prótons estão carregados negativamente (íon negativo)
Atomos com menos elétronsque prótons estão carregados positivamente (íon positivo)
“buraco”
“elétron extra”
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Eletricidade
Eletricidade Básica
cargas iguais se repelem cargas opostas se atraem
cargas em movimento geram campo magnético
campo magnético em movimento gera corrente elétrica
NS
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Potencial Elétrico
Eletricidade Básica
• Consideremos um campo elétrico originado por uma
carga puntiforme Q. Define-se como potencial elétrico
VA , num ponto A desse campo, o trabalho realizado
pela força elétrica, por unidade de carga, para
deslocá-la desse ponto A até o infinito.
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Diferença de Potencial
Eletricidade Básica
• Graças à força do seu campo eletrostático, uma
carga pode realizar trabalho ao deslocar outra carga
por atração ou repulsão;
• Essa capacidade de realizar trabalho é chamada
potencial;
• Quando uma carga for diferente da outra, haverá
entre elas uma diferença de potencial (ddp).
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Diferença de Potencial
Eletricidade Básica
cargas negativas
quanto maior a tensão, mais “força” teem os elétrons
diferença de potencial ou tensão.
cargas positivas
V
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Nos metais, os elétrons das últimas camadas sãofracamente ligados a seu núcleo atômico, podendofacilmente locomover-se pelo material. Geralmente,este movimento é aleatório, ou seja, desordenado,não seguindo uma direção privilegiada.
Movimento dos Elétrons
Eletricidade Básica
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Quando o metal é submetido a uma diferença de
potencial elétrico (ddp), como quando ligado aos
dois pólos de uma pilha ou bateria, os elétrons
livres do metal adquirem um movimento
ordenado.
Movimento dos Elétrons
Eletricidade Básica
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
A esse movimento ordenado de elétrons damos o
nome de corrente elétrica.
Corrente Elétrica
Eletricidade Básica
quanto maior a corrente, maior a “quantidade” de elétrons
fluxo de elétrons em um condutor
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Intensidade e Medida da Corrente Elétrica
Eletricidade Básica
A intensidade de corrente elétrica é dada por:
Onde :
Δq é a quantidade de carga que atravessa a
secção reta do condutor num determinado
intervalo de tempo (Δt).
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Tipos de Corrente Elétrica
Eletricidade Básica
corrente contínua
corrente alternada
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Tipos de Corrente Elétrica
Eletricidade Básica
inversão de polaridade no tempo
mesma polaridade no tempo (sentido contínuo)
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• As fontes elétricas são fundamentais na compreensão da
eletrodinâmica, pois elas que mantém a diferença de
potencial (ddp) necessária para a manutenção da corrente
elétrica. Num circuito elétrico, a fonte elétrica é
representada pelo símbolo abaixo:
Símbolo de fonte elétrica no circuito.
O pólo positivo (+) representa o terminal cujo potencial
elétrico é maior. O pólo negativo (-) corresponde ao terminal
de menor potencial elétrico.
Fonte Elétrica
Eletricidade Básica
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• O sistema formado por um fiocondutor com as extremidadesacopladas aos pólos de umgerador é considerado umcircuito elétrico simples, noqual a corrente elétrica se dáatravés do fio.
• No fio condutor os elétrons sedeslocam do pólo negativopara o pólo positivo. Nessedeslocamento há perda deenergia elétrica, devido acolisões dos elétrons com osátomos do material.
Circuito Elétrico Simples
Eletricidade Básica
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Montagem de um amperímetro num circuito elétrico
Eletricidade Básica
Amperímetro
• AMPERÍMETRO é o instrumento que fornece o valor da intensidade da
corrente elétrica;
• Quando a corrente elétrica é muito pequena, o aparelho usado para a
sua medida é o galvanômetro. Trata-se de um aparelho semelhante ao
amperímetro, só que bem mais sensível, com capacidade para efetuar
medições de pequenas correntes elétricas.
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• De onde provém o calor fornecido por aparelhos comoferro elétrico, torradeira, chuveiro e secadora elétrica?Por que a lâmpada fica quente depois de acesa?
• Esse aquecimento acontece pela transformação da energiaelétrica em calor, fenômeno denominado efeito Joule,decorrente da colisão de elétrons da corrente comoutras partículas do condutor. Durante a colisão, atransformação de energia elétrica em calor é integral;
• Condutores com essa característica são denominadosresistores.
Resistores
Eletricidade Básica
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Resistores
Eletricidade Básica
propriedade do material condutor em reduzir a passagem dos elétrons
elétrons “se acumulam e batem” no condutor, “dissipando” sua energia(gerando calor)
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• A resistência elétrica é uma grandeza característica doresistor, e mede a oposição que seus átomos oferecem àpassagem da corrente elétrica.
• Considere o resistor representado no trecho do circuitoabaixo, onde se aplica uma ddp U e se estabelece umacorrente de intensidade i.
Resistência elétrica e Lei de Ohm
Eletricidade Básica
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Define-se como resistência
elétrica R do resistor o
quociente da ddp U
aplicada pela corrente i
que o atravessa.
A unidade de resistência
elétrica no SI é ohm (Ω).
R=U/i => 1 ohm =
1Volt/1ampère
V = R x I
V
R I R = V/II = V/R
Lei de Ohm
Eletricidade Básica
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Arduino
– Plataforma de prototipagem eletrônica open source
(hardware e software livres).
– Destinado a qualquer pessoa interessada em criar
objetos ou ambientes interativos.
– Ele pode perceber o ambiente ao seu redor recebendo
em suas entradas uma variedade de sensores e pode
modificar sua vizinhança controlando luzes, motores,
displays, e etc.
– Robusto o suficiente para a maioria das atividades de
robótica livre.
Arduino
Introdução
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Significado do Nome Arduino
– Derivado de um nome de origem germânica, Harduwin
ou Hardwin, composto de hardu "forte, resistente" e
wini "amigo ";
– "Forte“ porque são raros os relatos de quem tenha
queimado um Arduino;
– "Amigo“ porque é simples de mexer e não demanda
muito conhecimento.
Arduino
Introdução
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Origem do Arduino
– Criado na cidade de Ivrea, Itália em 2005;
– Criadores: Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe,
Gianluca Martino e David Mellis.
Arduino
Introdução
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• A Placa Arduino Uno
– O Arduino Uno é uma pequena placa de circuito
impresso (6,8 x 5,5 x 1,0 cm) sendo indicada para
criação de protótipos de eletrônica.
– O Arduino Uno possui:
• Porta USB para conexão com o computador,
• Conector jack para alimentação externa,
• Programação simples, preço baixo e fácil manuseio.
Arduino
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• A Placa Arduino Uno– O Arduino Uno conta com:
• 01 microcontrolador ATmega328P (Atmel),
• 14 entradas e saídas digitais,
• 6 entradas analógicas,
• 1 oscilador de cristal de 16 MHz e
• pinos de alimentação com 3,3 V, 5 V e Terra (GND).
Arduino
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Microcon-troladorATMEGA 328P
Arduino Uno
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Portas Digitais
Portas Analógicasground (terra)
ground (terra)
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Conexão USB
Conexão Energia Externa
Botão Reset
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Vista de cima
Vista de baixo
Cabo USB
Software de programação
Arduino
Arduino: Hardware + Software + Conexão
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Microcontrolador ATmega328
Tensão de funcionamento 5V
Tensão de entrada (recomendado) 7-12V
Tensão de entrada (limites) 6-20V
Pinos de entra Digital (I O) 14 (dos quais 6 oferecem saída PWM)
Pinos de entrada analógica 6
Corrente DC por pinos (IO) 40 mA
Corrente DC para 3.3V Pin 50 mA
Memória Flash
32 KB ( ATmega328 ), dos quais 0,5 KB
utilizados pelo carregador de
inicialização
RAM 2 KB ( ATmega328 )
EPROM 1 KB ( ATmega328 )
Velocidade do relógio 16 MHz
Arduino
Arduino Uno
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Hardware Básico
– 14 entradas/saídas digitais;
• Desligado/Ligado, 0/5 V ou LOW/HIGH.
Arduino
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Hardware Básico
– 6 entradas analógica;
• Sinais de sensores com valores de 0 a 5 V;
• Conversor de 10 bits com valores de 0 a 1.023;
Arduino
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Hardware Básico
– Comunicação Serial
• RX (pino 0);
• TX (pino 1);
Arduino
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Software
– O Arduino é programado por meio de uma:
• Linguagem própria, baseada em Wiring;
• Interface de desenvolvimento próprio, baseado em Processing;
• Pode ser utilizada em vários sistemas operacionais.
Arduino
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Eletricidade é um fluxo (deslocamento) de elétrons por
um material bom condutor.
• Tensão ou voltagem (V) = a diferença de potencial
(ddp) entre dois pontos de um condutor. É medido em
V(volts).
• Corrente (i) = a quantidade de elétrons que passa por
segundo, num segmento do condutor. É medida em A
(amperes).
• Resistência (R) = a dificuldade oferecida pelo material
à passagem da corrente elétrica. É medida em Ω
(ohms).
Eletricidade Básica (Revisão)
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Arduino
Lei de Ohm
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Para conectar um LED no Arduino, necessitamos associá-loa um resistor para que a tensão de trabalho (5V) doArduino produza a corrente mais aproximada possíveldaquela suportada pelo LED para que este não queime.
LED Tensão Corrente
Vermelho e
infravermelho
1,8 V 15mA =
0,015A
Verde, amarelo e
laranja
2,1 V 20 a 25 mA
Azul e branco 2,7 V a
4,2 V
15 a 30 mA
• Cada LED tem uma resistência
interna. A condição ideal de
trabalho são para os seguintes
valores aproximados de tensão e
corrente (i):
Aplicação da Lei de Ohm
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• O LED (Light Emitting Diode), por ser um
diodo e não uma lâmpada, deixa passar a
corrente num único sentido.
• O LED RGB emite,
numa mesma peça,
as cores vermelho,
verde e azul e tem o
formato à direita:
LED
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Imagem extraída de http://www.eletronicadidatica.com.br/
• Resistores limitam a
passagem de corrente
elétrica, impedindo que
alguns componentes
venham a ser danificados
por excesso de tensão
elétrica.Resistor de carvão(Resistor de valor fixo)
Potenciômetro(Resistor variável)
Resistores
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
• Testes devem ser realizados numa placa de
prototipagem onde os componentes são fixados sem a
necessidade de solda.
Internamente, a placa tem comunicação
metálica conforme esquema acima.
Protoboard
Arduino
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Dúvidas
Página do Professor Mauro:http://www.dai.ifma.edu.br/~mlcsilva
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Próxima Aula
• Programando o Arduino Uno
Programação de Dispositivos Móveis – 7º Período
Referências
• Arduino em Ação – Martin Evans, Joshua Noble,
Jordan Hochenbaum, São Paulo: Novatec, 2014.
• Slides:• Arduino e suas funcionalidades , Maria Ines Castilho;
• Eletrônica x Eletrotécnica
• Arduino completo, Tiago Barros
Top Related