Bom, este não é um tutorial básico, e sim uma breve explicação de termos que serão repetidos a exaustão aqui. Sem ter o mínimo de noção deles não será possível então como eu capturo meus dados. Claro que vou resumir cada um relacionando a área agronômica.
Microcontrolador
Vários estudantes de agronomia não possuem familiaridade com computador, então não se faz sentido ficar aqui comparando um microprocessador de um microcontrolador.
Podemos resumir, com termos tecnicamente bem errados, que o microcontrolador é tipo um pequeno computador, um chip, nós vamos tratar ele como o nosso automatizador de tarefas, sempre que você pensar em fazer algo, pense: será que um computador pode fazer por mim?
Para responder vamos pensar que de início na agronomia o microcontrolador vai trabalhar da seguinte forma:
Entrada -> Software -> Função
puxando para os termos da robótica teríamos:
Sensor -> Unidade de Controle -> Atuador
- Sensor: É a entrada de dados, o primeiro elo. Ele interage com o meio ambiente, lendo este para enviar informações a unidade de controle. São exemplos: sensor UV, sensor de temperatura, sensor de umidade do solo, sensor de ph, sensor de luz, sensor de umidade do ar.
- Unidade de controle: Seria nosso microcontrolador, que rodando um programa criado por você, vai capturar dados do sensores e dizer aos atuadores o que fazer com estes. Exemplo: Atmega 328p
- Atuador: É o elo final, aquele que interage com o meio modificando este, recebe uma instrução do microcontrolador e assim executa. Exemplo: tela, relé, gravador de cartões, led.
Lembre-se: Nem tudo é tão claro assim, um leitor de cartões pode tanto armazenar dados lidos, como fornecer dados, pode ser uma entrada ou uma saída.
Vamos então a um exemplo agronômico simples:
Vamos fazer um experimento, mas nele eu preciso que a temperatura dentro de uma estufa seja uma variável com um limite, ou seja, quando a estufa passar dessa temperatura preciso ligar um ventilador.
Ok, podemos colocar um termômetro dentro da estufa, ficar olhando para ele 24 horas e quando a temperatura estiver acima do desejado ligamos o interruptor. Essa é a forma esquisita de se realizar um experimento.
Outra forma de se fazer é a seguinte (não se preocupe com o código):
Vamos utilizar um termômetro, e ligar ele a um microcontrolador. Vamos também ligar um ventilador a um relé e este relé ao microcontrolador. Este microcontrolador vai ler a temperatura a cada dez minutos, se ela for superior a desejada o microcontrolador irá acionar o relé, se ela for inferior ele desligará o relé (ou manterá desligado).
Meu código funcionará da seguinte forma (não se preocupe):
Leia a porta 2 e chame de temp (Porta 2 está meu termômetro)
Se temp maior que 30 coloque a porta 3 como ligada (Porta está está o relé)
Senão coloque a porta 3 como desligada
Aguarde 10 minutos
Repita o código
Simples né? Mas sempre tem um problema, para tal você precisaria escolher um microcontrolador entre milhares, aprender a programar ele criar todo o circuito eletrônico e embutidor o código nele. Terrível. Ainda bem que criaram plataformas de prototipação.
Arduino
Vamos resumir aqui plataformas de prototipação (não serve para produtos finais) como Arduino, esta é uma delas, mas a mais famosa e mais fácil, logicamente vamos usar ela, inclusive a grande maioria das outras é compatível com ela.
O Arduino é o seguinte: Ele é uma placa, que dentro dela possui um microcontrolador. Mas a grande sacada é que essa placa vem com tudo pronto, um microcontrolador, portas já soldadas e identificadas, sistema de entrada de energia, sistema para gravação do software, porta USB. Ou seja, uma placa já pronta para criar um projeto em minutos.
Outra vantagem é o software, sua linguagem é considerada a mais fácil, crianças apreendem em poucas horas, já possui códigos de exemplo, bibliotecas para os sensores mais famosos e uma extensa documentação online. Você não vai passar aperto descobrindo como faz algo.
Tipos de placa de prototipação
Aqui temos várias, diversos tipos de arduino ou não arduinos. Grandes, pequenas, simples ou poderosas. Não vou entrar nas características técnicas, mas vou comentar sobre as que possuo e seus pontos fortes, que justifiquem o uso em estudo agronômicos. Preços no Brasil na data da postagem.
Arduino UNO (R$20)
Fonte: Embarcados (vai lá conhecer)
Esse é o curinga, meio grande, até mesmo um pouco desajeitado, mas é icônico. A grande maioria dos projetos e tutoriais vão ensinar a fazer ligações é nele, prontíssimo para o uso, fácil de usar e todo mundo tem. Não possui uma grande memória e nem muitas portas, poucos estudos agronômicos ele vai funcionar. Mas ele será o seu primeiro arduino e provavelmente o mais usado. Compre um!
Você terá a disposição 14 pinos digitais e 6 analógicos, trabalhando com o microcontrolador Atmega 328p, de 16Mhz, com 2KB de RAM e 32KB de Flash. Ele possui modos de baixo consumo de energia. Alimentação por fonte externa ou USB.
Arduino MEGA (R$46)
Fonte: Embarcados
Tá vendo esse carinha, vai se acostumando com o gigante. Enorme, com um processamento legal e muitas entradas, você vai poder sensorear muita coisa. Apesar do elevado consumo de energia, a maioria dos seus protótipos agronômicos vai ser com ele, pela quantidade de portas e poder de processamento. Algumas coisas ele não possui, como Wifi e Bluetooth nativos, mas são coisas que não sentimos tanta falta na agronomia, mas que podem ser adicionadas. Se você quer iniciar gastando pouco compre um UNO e um Mega e pronto.
O Mega também vem prontinho para o uso, podendo ser alimentado por fonte externa ou USB. Com ele você poderá usar incríveis 54 pinos digitais (contra 14 do uno), e 16 analógicos (contra 6 do UNO). Seu microcontrolador é um ATmega2560, possui poder semelhante ao do UNO, opera com 16MHz, mas com 256KB de Flash (vs 32 no UNO), 8KB de RAM (vs 2 no UNO).
Arduino Pro Mini (R$10)
Fonte: BR-Arduino
Esse você pode encontrar com muitas versões e microprocessadores, mas vamos trabalhar com o mais comum. Aquele com ATMega328p. Sim, aquele mesmo do UNO, com as mesma portas e características de memória. O diferencial aqui é que o Pro Mini não te traz facilidade como o UNO, para colocar um software você precisa de um programador FTDI ou outro Arduino, como o UNO. A alimentação também precisa ser externa, não tem entrada, nem USB para nem para fonte.
Então, quais são as vantagens? Ele é um UNO para campo, por não ter um monte de circuito seu consumo de energia é baixo, ainda pode ser programado para ser menor ainda, então baterias ou alimentação solar aqui são bem vindos. Ele é bem pequeno, qualquer caixinha cabe. É baratinho para espalhar vários no campo, e por aí vai.
O grande segredo é fazer todo seu projeto no UNO, quando tudo estiver testado e perfeito monte no Pro Mini e leve pro campo. Sim, eu disse que a maioria dos projetos iriam ser com o MEGA (ou com vários UNOs espalhados), mas também existe o MEGA Pro Mini (R$90)
Digispark ATtiny85 (R$8)
Essa coisinha minúscula, sem potência, sem portas pode ser uma piada para a robótica ou algo bem esporádico para automação, mas para Agrônomos ele pode ser a peça chave. Podendo ser programado igual um arduino, ele possui um microcontrolador ATtiny85 com apenas 8KB de Flash (vs 256KB do MEGA), e 8 pinos (vs 70 do MEGA) ele não impressiona, ao menos tem USB já inclusa.
Mas ele tem dois pontos chaves, o pequeno tamanho e o baixo consumo de energia, podendo durar anos em uma bateria. Se você precisa fazer sensoriamento simples pode adicionar um ou mais sensores nele e salvar dados na EEPROM, um projeto de baixo custo e baixa manutenção.
NodeMCU ESP8266 (R$20)
Aqui saímos bem do mundo dos microcontroladores básicos e entramos no lado do alto poder de processamento, com um SoC dotado de uma ótima CPU, recursos internos avançados, porta USB, programação por Arduino, diferentes modos de consumo e pode atingir diversos recursos quando programado por seu próprio software. Aqui já largamos de 16MHz de UNO e MEGA e vamos para o mundo dos 80MHz (pode ir até 160MHz com modificações). Também saímos de 8 bits para 32 bits. São 4MB de Flash e 20KB de RAM, com 17 portas. Aqui temos um detalhe: Ele já vem com WiFi de bom alcance embutido, podendo gerar sua própria rede, ou conectar a uma.
Um ponto chave é que o NodeMCU é uma plataforma para facilitar a programação e uso do ESP8266, que é aquele pequeno módulo ali soldado, que possui todos esses recursos. Ele pode ser usado individualmente ou com o Arduino.
Esse módulo não será tão utilizado, pois tem poucas portas e nem sempre o recurso de WiFi será um diferencial. Seu uso é ótimo quando não se tem muitos sensores e atuadores, mas precisa de muito processamento.
NodeMCU ESP32 (R$40)
Aqui é igual o NodeMCU anterior, com todas as suas vantagens e benefícios. Mas com a diferença de ter ainda mais benefícios e muito mais poder. Continuam os 32 bits, mas agora em 160MHz, e com dois núcleos e um microprocessador low energy. É insano. Não tão útil na agronomia, mas ainda sim insano. Você pode ter um processador fazendo uma tarefa em alta velocidade (como processar dados com phyton), outro realizando outras tarefas (web server) e o microprocessador capturando dados. Aqui você ainda leva Bluetooth de brinde.
Então é isso, agora você está familiarizado com o que é um microcontrolador, como ele opera, o que ele pode fazer por você e as principais placas que você verá por aqui. Até a próxima!
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