Fsica com arduino para iniciantes

Fsica com arduino para iniciantesRevista Brasileira de Ensino de Fsica, v. 33, n. 4, 4503 (2011)www.sbsica.org.brMarisa, Cristiane e ElioResumoApresenta modos de operar com o Arduino para funcionar como uma interface alternativa na aquisio e automao de dados em atividades experimentais de fsica via porta USB do computador.Exemplo aqui trabalhado:O estudo de carga e descarga de um capacitor.A linguagem de interpretao de dadosProcessing uma linguagem e um ambiente de desenvolvimentoopen-sourceque permite escrever programas para representao grfica, basicamente.O artigo fornece:Todos os cdigos fontes necessrios para a interao com o Arduino.IntroduoPermite fazer experimentos por meio de sensores ligados a placa de arduino possibilitando a aquisio de dados pelo computador. Possibilitando:Mais preciso nos resultados.Representao grfica dos dados.Comparao com os dados tericos.

Partes de Arduino (UNO)

1: USB Jack -Porta para conexo USB-Computador, nesta porta que plugamos o cabo USB e ligamos o Arduino Uno ao computador, atravs dele podemos enviar programas para o Arduino, alm de poder tambm enviar/receber dados em tempo real. Esta porta tambm serve para alimentao, onde ela recebe os 5 volts provenientes da sada USB do computador.2: Power Jack Entrada para alimentao externa, atravs desta porta que podemos alimentar o Arduino sem a necessidade do uso de um cabo USB, bastante utilizada em sistemas embarcados (standalone) como os robs onde o Arduino atua independente do computador, ou com comunicao feita por Bluetooth, wireless e outras opes sem fio. Esta porta pode ser alimentada com fonte ou baterias, coma voltagem de 7 a 12V, sendo a mnima de 6 e a mxima de 12V segundo,FONSECA, BEPU e La VEGA (2010).Porm no recomendo ultrapassar os 12V pois o regulador de tenso pode no suportar e danificar severamente seu Arduino.3: Conversor USB-Serial Atmega8U2 Segundo McROBERTS(2010): Este o conversor USB/Serial do Arduino Uno.Sendo este mais barato e atravs dele o Arduino pode ser reconhecido pelo computador da mesma forma que um outro dispositivo comum. Ex: mouse, teclado.

4: Cristal (Oscilador) Um tipo de relgio simples que envia pulsos de tempo em uma freqncia ampliada para permitir a operao do Arduino em velocidade correta.5: Portas (Pinos)Digitais -Estes so os pinos digitais do Arduino, como o prprio nome j diz, estes pinos so controlados de forma digital, onde sua principal caracterstica o on/off ou 0 (false desligado) e 1 (true-ligado). Quando ativados, eles enviam uma determinada corrente (+5V) para o dispositivo que nele est ligado, ativando-o, e quando desligado ele zera a corrente desligando-o.Os pinos 3,5,6,9,10,11 tem a funo PWM (Pulse Width Modulation - Modulao por Largura de Pulso).6: LED Pin 13 -Um LED integrado ao pino 13, bastante utilizado para testes.

7: RXTX LED -Estes so os LED's das postas RX e TX que indicam o status de suas respectivas atividades.8: Microcontrolador Atmega328 -Este o Microcontrolador do Arduino, com certeza a sua parte mais importante, ele quem controla todas as funes de nossa placa, principalmente s instrues que ns determinamos.

9: Power Pin's Estes so os pinos relacionados energia: RESSET Envia um valor para reiniciar o microcontrolador, 3.3V: fornece uma corrente de +3.3V com 50mA, 5V: fornece uma corrente de +5V de 40mA, GND: o ground (terra), e o Vin: pino que pode receber/enviar alimentao.10: RX e TX Pin's:Pinos de comunicao serial RX e TX.

11: Power LED:Indica se o Arduino est ligado ou desligado.12: Boto RESET:Boto utilizado para reiniciar o Arduino;

13: Portas (Pinos) Analgicas Estes so os pinos analgicos do Arduino, so utilizados frequentemente (dentre outras funes) para fazer leitura de sensores analgicos como potencimetros, LDR, sensor de calor etc.

Modelo Duemilanove.6 portas analgicas e permitem a medida de tenses externas,sendo possvel receber informaes de uma srie de sensores como medidores de temperatura, presso, umidade, distncia, sensores de gases, fototransistores, etc.14 portas digitais, onde possveller e escrever dois estados, 0/1 ou HIGH/LOW, permitindo, por exemplo, manter um LED ligado ou desligado.Proposta experimentalConsiste em estudar a carga e descarga em capacitores.Um capacitor ou condensador um dispositivo eletrnico capaz de armazenar energia eltrica. Tal armazenamento se d em decorrncia da existncia de um dieltrico que separa as suas placas condutoras.

Umcapacitor um elemento do circuito eltricoresponsvelpelo acmulo de cargas para liber-la no momento certo.Um circuito composto de umresistore de umcapacitore umafora eletromotriz, denominadocircuito RC. Na figura (01.a) a representao esquemtica deste tipo de circuito. A figura (01.b) representa o mesmo circuito em termos das diferenas de potencial nos pontos do circuito.

H umadiferena de potencialnas extremidades do resistor e tambm nas extremidades do capacitor. Isto deve-se a queda detensogerada por cada um destes dispositivos. Sabe-se que, segundo alei das malhas de Kirchoff, que a soma das diferenas de potencial para qualquer circuito fechado nula. Se o circuito for de duas malhas ou mais a soma tambm nula, pois cada ramificao em particular fechada. Isto equivale a dizer que a soma das intensidades das tenses positivas igual a soma das intensidades das tenses negativas. Matematicamente, podemosescrever:U1 U2 U3 = 0 (1.a)No circuito, U1 a tenso da bateria.A1 lei de Ohmdiz:U = i.R (2.a)Ento podemos escrever, para o resistor:U2 = i.R (3.a)E para o capacitor:U3 = q/C (4.a)

Temos ento uma equao diferencial, que podemos resolver integrando nos elementos dq e dt.

Observe que essa exponencial depende dacapacidadedo capacitor, da fora eletromotriz e do tempo caracterstico, sendo que este ltimo dependente da resistncia e da capacidade do respectivo capacitor. Atravs desta expresso, possvel determinar a frequncia de ressonncia do circuito, fator muito aplicvel em circuitos eletrnicos, principalmente em receptores de rdio, de TV, entre outros. Nos antigos receptores de rdio o sintonizador da frequncia manipula a variao da capacidade de um capacitor varivel, de modo que possa mudar a frequncia para que esta entre em ressonncia com a frequncia desejada, capturando o sinal enviado pela respectiva emissora.A intensidade dacorrente eltricanum instante t dada pela derivada temporal desta funo carga q:

Estudo da carga com o Arduino em umcircuito convencional

As funes delay(ms) e delayMicroseconds(us) so funes de atraso ou espera, ao chamar estas funes elas iro contar o tempo que foi determinado em milissegundos(ms) ou microssegundos(us). Por exemplo: delay(500), o arduino ir contar at 500 milissegundos e depois ir para prxima instruo. O delayMicroseconds(500), o arduino far o mesmo que o delay, mas em microssegundos. O problema de utilizar estas funes que elas "pausam" a programao at terminar o tempo que foi determinado.Com a funo millis() o arduino retorna o tempo apartir do momento em que o Arduino roda a programao. Esta funo melhor que a delay, porque o millis() no "pausa" a programao para fazer a contagem

Automao do experimento de carga edescarga

Grfico em tempo realPara a observao de dados em tempo real, com apenas a instalao de algumas bibliotecas e alguns exemplos podemos observar os sinais de sada das portas digitais e analgicas do Arduino.Para ler os sinais basta conectar uma ponta de prova de multmetro no pino analgico 0 do arduino.