domingo, 11 de setembro de 2011

Como montar seu próprio arduino?

As opções de Arduino



O Arduino já montado e testado pode ser adquirido em sites de comercio eletronico tanto aqui no Brasil quanto lá fora. Existe muitas opções de modelos conforme o microcontrolador embarcado, desde o mais simples com o ATmega168 com comunicação RS-232 ou USB e até aqueles com o ATmega1280 com mais memória de programa e mais entradas e saídas digitais. Mas tambem o leitor poderá montar seu proprio Arduino a partir de componentes facilmente encontrados em lojas de componentes eletronicos. Nesse caso propomos um circuito básico com o microcontrolador ATmega8 ou com o ATmega168, alguns resistores e capacitores, um regulador de tensão comum e um conjunto de conectores do tipo mini-latch para placa de circuito impresso. A placa proposta é de face simples e poderá ser confeccionada por qualquer método caseiro, como o já consagrado método térmico a partir de uma impressão a laser. A fonte de alimentação é externa à placa e pode ser qualquer carregador de baterias de aparelhos portáteis, como o de telefones celulares, que forneça tensões entre 9 e 15 volts CC. Veja o circuito completo do nosso protótipo na figura 1 e como ficou a montagem final na figura 2 abaixo.


figura 1: circuito proposto para montagem





Hardware
Tanto o ATmega8 quanto o ATmega168 pode ser utilizado na montagem do nosso Arduino. Observe que no circuito não aparece o conversor TTL-RS232. Preferimos separar esse circuito da placa principal por uma boa razão: dar a opção ao montador de escolher que tipo de comunicação serial o seu Arduino terá com um PC, se RS-232 ou USB. Para a comunicação RS-232 existe o conversor MAX-232 que é um circuito integrado muito fácil de encontrar em lojas de componentes eletronicos, e por ser do tipo DIL de 16 pinos é tambem muito fácil de montar em uma pequena placa de circuito impresso e ser conectado por um cabo diretamente entre uma porta RS-232 do PC e o conector “SERIAL” que aparece no diagrama.Num outro artigo mostraremos a montagem de um circuito conversor TTL-Serial para ser usado com o nosso Arduino.
Para a comunicação serial USB o conversor é o FT-232RL, um circuito integrado do tipo SMD de 28 pinos, um pouco mais difícil de encontrar no comercio, bem mais caro que o MAX-232 e de montagem mais complicada numa placa de circuito impresso caseira devido ao tamanho e espaçamento entre seus pinos. Mas tanto um tipo quanto o outro de conversor funciona normalmente com o Arduino. A grande vantagem da USB é que todo PC moderno tem várias dessas portas disponíveis, e só os de mesa, os desktop, ainda estão vindo com duas ou tres portas RS-232.
Descrição do Circuito
O microcontrolador é alimentado com +5 volts nos pinos 7 e 20 provenientes do regulador de tensão integrado LM7805, se o jumper JMP1 estiver na posição “EXT”. Os capacitores C1 a C4 formam os filtros CC de entrada e de saída do regulador. No conector J1 entramos com uma tensão de +9 volts a +15 volts de uma fonte externa ou de um carregador comum de baterias com o positivo no pino central.
O diodo D1 serve de proteção para o circuito no caso de o pino central ser negativo. O LED1, vermelho, acende se a tensão de alimentação do circuito estiver correta. Essa mesma tensão externa tambem é disponibilizada no primeiro pino do conector “POWER”. A tensão de +5 volts do regulador LM7805 alem de ser disponibilizada nos pinos dos conectores “POWER” e “SENSOR” segue tambem para o conector “SERIAL” para alimentar a placa externa com o conversor RS-232.
À direita do diagrama temos o microcontrolador e os conectores ICSP, os dois digitais e o analógico. São 14 pinos digitais (D0 a D13) e 6 analógicos (A0 a A5). O pino de entrada de referência (AREF) para o conversor A/D do Arduino fica no segundo conector digital. O LED de teste e o pino 3 do ICSP estão ligados no pino digital D13. Na área tracejada vemos um cristal de 16Mhz e dois capacitores de 22pF que formam o circuito de relógio para o microcontrolador. Esse conjunto cristal-capacitores pode ser substituido por um ressonador cerâmico de 16Mhz que já inclui os dois capacitores no mesmo encapsulamento.
O microcontrolador uma vez configurado pelo bootloader do Arduino é resetado pelo último pino do PORT C (pino 1do microcontrolador), onde tambem temos um botão de RESET. Esse mesmo sinal de RESET segue para o pino 5 do ICSP e, atraves de um capacitor de 100nF, para o circuito conversor serial externo, para onde vão tambem os pinos digitais D0 e D1 que normalmente são reservados para a comunicação serial do Arduino com um computador PC ou com outro Arduino. Nesse conector “SERIAL” pode ser ligado um circuito conversor RS-232 ou um USB. Se for usado um conversor USB o jumper JMP1 deve ser mudado para a posição “USB” e com isso o Arduino passa a ser alimentado pela tensão +5 volts da porta USB do computador PC. É interessante observar que se não dispusermos de um carregador de baterias para conectarmos em J1 nosso Arduino pode ser alimentado por uma fonte externa de +5 volts diretamente atraves do conector “POWER”. O microcontrolador aparece no meio da placa.
Todos os pinos digitais e analógicos obedecem as mesmas posições e distanciamentos do Arduino padrão. Na parte de cima ficam os conectores digitais e à direita destes o conector “SERIAL” que acrescentamos para ligarmos a placa do conversor serial que será montada à parte. Na parte de baixo da placa está ojumper para selecionarmos que interface serial estamos usando, se RS-232 ou USB, e o conector analógico e o de tensões disponíveis para outros circuitos. À esquerda deste acrescentamos tambem um conector de tres pinos, o “SENSOR”, que é uma extensão do pino analógico A0, a tensão de +5 volts e o terra num só conector. À direita da placa, temos o botão de RESET e acima dele o conector “ICSP”. Mais abaixo do RESET o conector de entrada de tensão para alimentar o Arduino. Os outros componentes são os capacitores e resistores, o regulador de tensão e os dois LEDs. O LED vermelho acende para indicar que o Arduino está corretamente alimentado e o LED verde é o que vai conectado ao pino digital D13 do Arduino e indica quando carregamos programas para o microcontrolador. Em nosso Arduino utilizamos um ressonador cerâmico de 16 Mhz em vez do cristal e dois capacitores de 22pF que aparecem no diagrama da figura 1. Nossa placa tem somente quatro pequenos jumpers.





figura 2



Lista de materiais para a montagem do Arduino proposto


A placa de Circuito Impresso


A placa de circuito impresso do nosso Arduino tem 7,5 cm por 5,5 cm e é de face simples. Veja na figura 3 o lado da solda e na figura 4 uma sugestão de serigrafia no lado dos componentes na placa.




figura 3



Placa PCI Arduino 02
figura 4



A placa de circuito impresso pode ser confeccionada por qualquer método caseiro, como o já consagrado método térmico com impressão ou fotocópia a laser numa folha de papel grassy. Nesse caso deve-se usar o desenho da figura 5, sem inversão do lado da solda. Note que em nossa placa utilizamos um ressonador cerâmico na posição indicada como “XTAL”, se for utilizado um cristal e os dois capacitores ceramicos de 22 pF o desenho da placa deverá ser modificado para acomodá-los. Os pinos 8 e 22 (GND) do microcontrolador já vêm conectados entre si dentro do encapsulamento e portanto no desenho da placa não aparecem conectados.




placa PCI Arduino 03



figura 5


Uma vez pronta a placa de circuito impresso, o nosso Arduino pode ser todo montado em umas poucas horas, dependendo da experiência em montagens eletronicas do leitor. As unicas recomendações são para conferir mais de uma vez a montagem dos componentes polarizados, como o diodo, os capacitores eletrolíticos e os LEDs, e para se certificar que o microcontrolador está corretamente alojado e orientado no seu soquete. Confira tambem se os quatro jumpers (são quatro pedaços de fios finos) foram corretamente soldados nos seus respectivos lugares. Por fim, coloque o strap de JMP1 na posição “EXT”.



Alimentando o arduino


Com o hardware do Arduino montado já podemos alimentá-lo, embora ainda não possamos controlar nada com ele pois não temos nenhum programa carregado. Você pode alimentar o Arduino de duas maneiras diferentes: ou com uma fonte externa ou um carregador para aparelhos portáteis com tensões entre 9V e 15V, como o da figura 6 abaixo; ou diretamente com uma bateria comum de 9 volts com um cabo adaptado para o plug da bateria e para o plug do módulo, veja a figura 6. O positivo da fonte deverá ser o pino central do conector macho que vai ligado ao Arduino.





figura 6

Ao conectar qualquer dessas fontes de tensão ao Arduino somente o LED vermelho deverá acender de imediato indicando que o módulo está alimentado corretamente. Num outro artigo vamos montar um programador para o bootloader e o cabo serial e fazer nossos primeiros experimentos com o nosso Arduino.

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