Vamos começar a fazer tópicos e sub-tópicos de vários conceitos e elementos de circuitos como o resistor. O resistor é importantíssimo para qualquer área da eletrônica e eletricidade em geral. Os resistores possuem várias funções num circuito:

• Evitar corrente de picos que queimam componentes sensíveis, como os LEDs.
• Dissipam energia elétrica em energia térmica, utilizado em vários dispositivos eletrônicos conectados na rede, e em elementos como fornos elétricos e chuveiros.
• Conceitualmente podem substituir num projeto elétrico a resistência ao longo do fio, facilitando a aplicação e implantação de circuitos.

Material

Física

Foto resistor

Resistor variável

Dimensionamento de resistores

Uma das coisas legais possíveis com um Arduino é gerar um sinal de onda quadrada de 8 bits para gerar sons eletrônicos. Como o tema dos Vingadores do vídeo abaixo:

Por: Samuel Bressani Germano

  Figura 1- Módulo KY-015 (DHT11)

O sensor DHT 11, na figura 1, é um sensor que possui uma saída digital de valores de temperatura e umidade, é um sensor que combina umidade e temperatura. Ele possui um resistor do tipo NTC para as medições de temperatura. Possui habilidade de anti-interferência, resposta rápida, excelente qualidade, várias habilidades só encontradas em sensores mais caros (TIANLONG, 2016).

O Módulo Sensor de Umidade e Temperatura DHT11 KY-015 é um sensor de temperatura e umidade que permite fazer leituras de temperaturas entre 0 a 50º Celsius e umidade entre 20 a 90%, muito usado para projetos com Arduino. O grande diferencial desse módulo é o fato de já estar soldado em uma plaquinha.

Figura 2 - Pinagem do Módulo

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[1]  Disponível em: < https://arduinomodules.info/ky-015-temperature-humidity-sensor-module//> Acesso em 25 de junho, 2019.

[2]  Disponível em: < https://arduinomodules.info/ky-015-temperature-humidity-sensor-module//> Acesso em 25 de junho, 2019.

Figura 1 - Sensor de detecção de movimento PIR

Fonte: IndiaMart[1]

O sensor infravermelho passivo conhecido como PIR (Infrared Passive Receptor), um exemplar destes na figura 21, é comumente utilizado como detector de movimento, estes sensores detectam luz infravermelha do ambiente. Animais ou seres humanos emitem raios infravermelhos, a quantidade de energia emitida dependerá muito da temperatura do corpo. Os fotodetectores (PIR) convertem luz em comprimentos de luz num sinal elétrico. Os fotodetectores geralmente trabalham na faixa de 8 e 12 micrômetros. Em seres humanos a energia captada pelo sensor é entre 9 e 10 micrômetros (PRASAD, 2014).

O sensor de movimento possui basicamente dois elementos fundamentais: O sensor piroelétrico (PIR) e a lente Fresnel. O sensor piroelétrico possui duas frestas que permitem a passagem de radiação infravermelha (PRESTES, 2016), como mostrado a seguir:

Figura 2- Funcionamento do sensor PIR

Fonte: Adaptado de Lastminuteengineer[2]

Atrás dessas frestas possuem dois eletrodos, um é responsável por produzir uma resposta positiva, e o outro uma resposta negativa. A razão disto é que o sensor foi projetado para verificar a mudança de níveis de raios infravermelhos, e não mensurar o nível destes. Os dois eletrodos são conectados de forma que as respostas possam se cancelar, se um dos eletrodos ver uma diferença do outro, a saída poderá variar a resposta entre os níveis lógicos baixo (LOW) ou alto (HIGH) (TSAI, 2011). Na figura 3 um movimento é detecado pelos eletrodos.

Figura 3 - Movimento detectado pelas frestas do sensor

Fonte: Adaptado de Fonte: Lastminuteengineers[3]

Na figura 4 quando o sensor estiver ocioso, não identificou nenhum movimento, as duas frestas detectam o mesmo nível de radiação infravermelha, resultando num sinal de saída nulo.

Figura 4 - Nenhum movimento detectado

Fonte: Adaptado de Fonte: Lastminuteengineers[4]

            As emissões de raios infravermelhos são enviadas por várias fontes de calor, na figura 5 a lente de Fresnel capta os raios e o direciona aos eletrodos que irão captar um sinal de movimento:

Figura 5 - Funcionamento do sensor PIR

Fonte: Instructables[5]

O PIR captará continuamente as ondas infravermelhas do ambiente, se alguma variação ocorrer o sensor acionará um dispositivo para que fora projetado, como um alarme ou luz. A lente Fresnel é uma lente especial que tem a função de focalizar todos os raios infravermelhos do ambiente no sensor PIR. Existem vários modelos de sensores PIR, um modelo robusto, de baixo custo é o sensor PIR HC- SR051. Este tem três pinos, GND, VCC, e a saída digital. A seguir a pinagem do sensor PIR (Last Minute Engineers, 2019):

Figura 6 - Pinagem do sensor PIR

Fonte: Adaptado de Lastminuteengineers[6]

Existem dois potenciômetros na placa para ajustar alguns parâmetros:

·         Sensibilidade: Este ajusta a máxima distância que o movimento pode ser detectado. Ele varia de 3 metros a aproximadamente 7 metros. A topologia do cômodo pode afetar o raio de alcance.

·         Tempo: Este ajusta por quanto tempo a saída permanecerá em estado alto (HIGH) após a detecção. O mínimo é de 3 segundos, e o máximo são 300 segundos, ou 5 minutos.

A placa do sensor possui um jumper. E possui dois tipos de ajustes:

·         H:  Nesta posição o HC-SR501 manterá o sinal da saída continuamente como HIGH, enquanto a peça continue detectando movimento. A figura 7 mostra a saída digital quando um movimento é detectado na posição H.

Figura 7 - Saída digital no modo repetitivo

Fonte: Adaptado de Lastminuteengineers[7]

·         L: Nesta posição o HC-SR501 manterá o sinal da saída continuamente como HIGH, pelo tempo ajustado no potenciômetro de tempo. A figura 8 mostra a saída digital quando um movimento é detectado na posição H.

Figura 8 - Saída digital no modo contínuo

Fonte: Adaptado de Lastminuteengineers[8]

Escrito por: Samuel Bressani Germano

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[1] Disponível em: < https://www.indiamart.com/proddetail/pir-sensor-module-16629025488.html> Acesso em 18 de julho, 2019.

[2] Disponível em: < https://lastminuteengineers.com/pir-sensor-arduino-tutorial/> Acesso em 24 de junho, 2019.

[3] Disponível em: < https://lastminuteengineers.com/pir-sensor-arduino-tutorial/> Acesso em 24 de junho, 2019.

[4] Disponível em: < https://lastminuteengineers.com/pir-sensor-arduino-tutorial/> Acesso em 24 de junho, 2019.

[5]  Disponível em: < https://www.instructables.com/id/A-Burglar-Alarm-Based-on-PIR-Sensor-With-Sms-Alert/> Acesso em 18 de julho, 2019.

[6] Disponível em: < https://lastminuteengineers.com/pir-sensor-arduino-tutorial/> Acesso em 24 de junho, 2019.

[7] Disponível em: < https://lastminuteengineers.com/pir-sensor-arduino-tutorial/> Acesso em 24 de junho, 2019.

[8] Disponível em: < https://lastminuteengineers.com/pir-sensor-arduino-tutorial/> Acesso em 24 de junho, 2019.

Figura 1 - Robô com Arduino

Figura 2- Projeto de guitarra com Arduino

Figura 3- Projeto de automação


Figura 4- Robô equilibrista

O Arduino é uma plataforma que foi construída para promover a interação física entre o ambiente e o computador utilizando dispositivos eletrônicos de forma simples e baseada em softwares e hardwares livres. Resumidamente, a plataforma consiste em uma placa de circuitos com entradas e saídas para um microcontrolador AVR, um ambiente de desenvolvimento e o bootloader que já vem gravado no microcontrolador . O microcontrolador É constituído de um microprocessador, memória e periféricos de entrada/saída e pode ser programado para funções específicas, como, por exemplo, o controle de máquinas e diferentes automações. Existem outras plataformas construídas para microcontroladores, mas o Arduino tem se destacado no cenário mundial pela facilidade de programação, versatilidade e baixo custo. Mesmo para os que desejam interações de alto nível, o Arduino tem atendido às expectativas.

O modelo mais comum utilizado, Arduino R3.

Adaptado de :
 https://eadcampus.spo.ifsp.edu.br/pluginfile.php/176737/mod_resource/content/1/F%C3%ADsica%20com%20Arduino%20para%20iniciantes.pdf

É possível controlar cargas de alta tensão utilizando relés. O relé é um comutador, peça que altera seu estado de funcionamento, que é eletricamente operado por um eletroímã, uma forma de controlar cargas com segurança, com sinais de baixa tensão. O eletroímã é ativado em tensão baixa, por exemplo 5 volts de um microcontrolador, que pode fechar ou abrir parte de um circuito elétrico de alta potência energizando o lado de baixa potência que possui uma bobina, uma vez energizada gera um campo eletromagnético, que move a chave do lado de alta potência, permitindo a passagem de corrente do lado de alta tensão .

Figura 1- Relé desativado

Fonte: Adaptado de How to Mechatronics[1]

Na figura 16, o relé não está ativado, na figura 17 quando a bobina é energizada, a chave se fecha, causando o acionamento da carga do lado de alta potência.

Figura 2- Relé ativado

Fonte: Adaptado de How to Mechatronics[2]

Existem vários tipos de relés, os relés mais comuns são os simples, de 5 pinos, e duplos, de 8 pinos. No módulo relé é utilizado o relê 5 Volts/5 pinos:

Figura 3 - Pinagem de um relé 5 Volts/5 pinos

Fonte: Adaptado de Components101[3]

O relé 5 Volts/5 pinos tem a seguinte pinagem:

Tabela 3 - Pinagem do relé 5 Volts/5 pinos

1	NC (Normalmente fechado)
2	NO (Normalmente aberto)
3	Pino Central
4	Bobina
5	Bobina

Fonte: Adaptado de Roboliv[4]

Características principais do relé 5 Volts/5 pinos:

·         Tensão de comutação:5 volts

·         Corrente de comutação:75mA

·         Carga máxima DC: 10 A @ 30/28 DC

·         Carga máxima AC: 10 a @ 250/125 AC

·         Máximo de comutações: 300/minuto

Os valores do relé são ideais para o controle de iluminação e tomadas de uma residência abastecida com corrente alternada.

Na figura 19 o esquema eletrônico para uma placa de modulo relé, com optoacoplador. Nesta configuração o sinal é dado por um algum circuito integrado, como o NodeMCU, o modulo é alimentado por uma fonte externa. Os circuitos são isolados eletricamente pelo optoacoplador, e um LED no lado esquerdo indicará que uma ação para acionar a carga foi dada. O lado esquerdo terá a função de controle, e o lado direito será o lado eletrônico que receberá o comando para acionar a carga.

Figura 4- Módulo relé com optoacoplador

Fonte: Adaptado de How to mechatronics[5]

O funcionamento do modulo relé é mostrado na figura 20, a peça mandará um comando de acionamento quando a entrada digital (In1)  apresentar valor baixo (LOW), com o valor baixo (LOW) existirá uma diferença de potencial entre a alimentação da placa e a entrada digital (In1), no lado esquerdo do circuito se encontra um diodo emissor de luz infravermelha, a luz infravermelha excitará a base do fototransistor do lado direito. Com o comando dado, o fototransistor permite passagem de corrente pela resistência R2 e pelo transistor T1, energizando assim o contato da bobina. A bobina energizada comutará a chave do pino central (COM) do estado de normalmente fechado (NC) para normalmente aberto (NO).

Figura 5- Funcionamento do modulo relé

Fonte: Adaptado de How to mechatronics[6]

Em circuitos de automação, cargas como iluminação são normalmente colocadas no contato NC, pelo seu uso ser normalmente menos utilizada durante o dia, podendo assim utilizar os comandos para energização da bobina do relê no período noturno, economizando energia e vida útil da placa .

Autor: Samuel Bressani Germano

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[1] Disponível em: < https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/control-high-voltage-devices-arduino-relay-tutorial/> Acesso em 18 de julho, 2019.

[2] Disponível em: < https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/control-high-voltage-devices-arduino-relay-tutorial/> Acesso em 18 de julho, 2019.

[3] Disponível em: < https://components101.com/5v-relay-pinout-working-datasheet> Acesso em 18 de julho, 2019.

[4] Disponível em: < http://www.roboliv.re/conteudo/rele> Acesso em 19 de julho, 2019.

[5] Disponível em: https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/control-high-voltage-devices-arduino-relay-tutorial/ > Acesso em 19 de junho de 2019.

[6] Disponível em: https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/control-high-voltage-devices-arduino-relay-tutorial/ > Acesso em 19 de junho de 2019.