Neste projeto vamos empregar um sensor para verificar a temperatura do ambiente e enviar a leitura para um Arduino, que se encarregará de interpretar o valor lido e então exibir em um display LCD a temperatura medida em graus Celsius (ºC).

Para tal usaremos o sensor TMP36, que é um sensor de baixo custo, bastante comum e muito empregado em circuitos que envolvam controle de temperatura para realização de processos diversos.

Outros modelos de sensores podem ser empregados, como o TMP35 ou TMP37 bastando para isso realizar pequenas alterações no programa de acordo com as características de cada componente.

Algumas das aplicações mais comuns do TMP36 incluem:

• Sistemas de controle ambiental
• Proteção térmica de circuitos
• Controle de processos industriais
• Alarmes de incêndio
• Monitoramento de sistemas de potência
• Gerenciamento térmico de CPU

entre muitas outras que podemos imaginar.

Algumas características do sensor TMP36

A seguir temos listadas algumas das características técnicas do sensor TMP36, retiradas de seu datasheet:

• Saída Analógica: O TMP36 gera uma saída analógica proporcional à temperatura medida. A tensão de saída aumenta linearmente com o aumento da temperatura.
• Precisão: Boa precisão em relação à medição de temperatura. Sua precisão é de cerca de ±2°C.
• Alimentação: Alimentado com uma baixa tensão, tipicamente entre 2,7V e 5,5V
• Faixa de Operação: O sensor pode medir temperaturas em uma ampla faixa, geralmente de -40°C a 125°C.
• Tensão de Referência: Ele gera uma tensão de saída proporcional à temperatura, onde 0°C é representado como 0,5V. Para cada grau Celsius de aumento na temperatura ocorre um aumento de 10 mV na tensão de saída.

Para fazer a leitura da temperatura, a tensão de saída do TMP36 é conectada a um conversor analógico para digital (ADC) no microcontrolador (ou outro circuito). O microcontrolador (no caso, o Arduino) lê a tensão e, por meio de cálculos simples (explicados adiante), converte essa tensão medida em mV para uma temperatura correspondente em graus Celsius.

Mais informações sobre esse sensor podem ser obtidas no Datasheet do TMP36.

Vejamos os materiais que serão necessários para construir esse circuito e testá-lo.

Lista de Materiais

Vamos precisar dos seguintes componentes para montar o circuito do projeto:

• 01 Sensor de Temperatura TMP36
• 01 Arduino Uno (ou compatível)
• 01 Display LCD 16×2
• 01 Resistor de 220 Ω
• 01 Potenciômetro de 10 kΩ
• 01 Matriz de Contatos
• Fios diversos

O Circuito

A figura a seguir mostra as ligações dos componentes, criada com o auxílio de um software de simulação de circuitos – Tinkercad.

Diagrama Esquemático

E a seguir temos o diagrama esquemático do circuito, com detalhes de como os componentes são interligados.

Sensor TMP36 e visor LCD no Arduino – Diagrama Esquemático

Código-fonte

Na sequência temos o código que foi usado para programar o microcontrolador, com uma explicação detalhada logo após.

#include <LiquidCrystal.h>

// Inicializar a biblioteca com os números dos pinos digitais
LiquidCrystal lcd(12, 11, 2, 3, 4, 5);

// Variáveis para leitura e interpretação das leituras do TMP36
const int TEMP=0;
int val = 0;
float celsius=0.0;

void setup()
{
    // Configurar o número de colunas e linhas do LCD:
    lcd.begin(16, 2);

    // Texto a ser mostrado no LCD (texto fixo, primeira linha):
    lcd.print("Temp. °C");
}

void loop()
{
    // Posicionar o cursor na coluna 0 e linha 1 (segunda linha):
    lcd.setCursor(0, 1);

    // Ler o valor enviado pelo sensor
    val = analogRead(TEMP);

    // Calcular e ajustar a temperatura em graus Celsius
    celsius = map(((val - 20) * 3.04), 0, 1023, -40, 125); 

    // Imprimir no LCD a temperatura
    lcd.print(celsius);
}

Funcionamento do código

1. Declarações iniciais

• TEMP é uma constante que representa o pino analógico ao qual o sensor TMP36 está conectado (no caso, o pino 0).
• val é uma variável que será usada para armazenar o valor enviado pelo sensor TMP36
• celsius é a variável que armazenará a temperatura (já convertida) em graus Celsius.

2. Função setup()

3. Função loop()

celsius = map(((val - 20) * 3.04), 0, 1023, -40, 125);

map(valor, de_min, de_max, para_min, para_max);

Resultado

Assim que o circuito é ligado, o sensor inicia a detecção da temperatura ambiente e então o valor é lido pelo Arduino, que o converte e mostra a temperatura correspondente no mostrador LCD, como ilustra a imagem a seguir (retirada do simulador Tinkercad):

Temperatura sendo exibida em um display LCD a partir de um sensor TMP36

Variando a temperatura no sensor o valor exibido no LCD muda de acordo.

É isso aí! Nos próximos artigos vamos explorar mais circuitos interessantes e úteis com microcontroladores, sensores e outros componentes eletrônicos. Até!

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Uma Union é uma estrutura de dados em linguagem C que permite agrupar dados de tipos diferentes como um único objeto de dados. Unions são tipos de dados derivados, cujos membros compartilham o mesmo espaço de armazenamento.

Em diferentes situações em um programa, algumas variáveis podem ser importantes, ao passo que outras podem não ser relevantes, e uma union, por compartilhar o espaço entre suas variáveis internas acaba por economizar espaço de armazenamento.

Note que apenas um membro da union pode ser referenciado por vez.

Como Declarar Unions

A declaração de Unions em linguagem C é bem parecida com a declaração de uma estrutura (struct), como podemos ver a seguir:

union teste {
  int a;
  float b;
};

Neste exemplo declaramos uma union de nome teste, que é um tipo de dado contém dois membros: o campo a, para um valor inteiro, e o campo b, para armazenar um dado do tipo float. Uma union pode conter campos de qualquer tipo, incluindo structs e outras unions.

Ao declarar uma union, é possível inicializá-la, mas somente com um valor do mesmo tipo do primeiro membro contido na union.

Após criar o modelo da union, podemos criar variáveis baseadas nele usando a seguinte sintaxe:

union teste un01;

Criamos com esta declaração a variável un01, que é do tipo teste (union).

Como Acessar os membros da Union

Podemos acessar os membros de uma union usando o operador ponto (.). Por exemplo, vamos atribuir o valor 15 ao membro a da union teste, e logo após copiar seu valor deste membro para uma variável do programa:

int valor;
un01.a = 15;
valor = un01.a;
printf("Valor: %d", valor);

Com uma union somente pode conter valor em um membro por vez, se tentarmos atribuir valores a mais de um membro somente o último valor atribuido será realmente armazenado. Veja o seguinte exemplo:

union teste un01;

int valor;
un01.a = 15;
un01.b = 20.50;

printf("Valor do membro a: %d\n", un01.a);
printf("Valor do membro b: %f\n", un01.b);

A saída desse programa mostra o seguinte resultado:

Note que o valor do membro b está correto (20,50), porém o valor atribuído ao membro a (que é 15) não faz sentido algum. Agora veja o que ocorre se invertermos a ordem de atribuição, desta forma:

un01.b = 20.50;
un01.a = 15;

Agora o valor do membro a está correto, mas o do membro b está zerado. Isso mostra claramente que a union somente pode guardar valor em um de seus membros por vez. Se um membro possui valor armazenado, e é atribuído valor e um outro membro, o primeiro membro perde seu conteúdo.

Lembre-se sempre dessa propriedade das unions, pois isso pode causar problemas se não for levado em consideração em seus programas.

Operações em Unions

As operações que podems er realizadas em uma union são:

• Atribuir uma union a outra union do mesmo tipo
• Obter o endereço da union (&)
• Acessar seus membros com operadores adequados.

As unions não podem ser comparadas entre si (assim como as structs).

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Microcontrolador

Um microcontrolador é um chip que contém praticamente um pequeno computador embutido, de baixo custo, incluindo:

• Núcleo de processamento
• Memórias RAM / ROM /Flash
• Periféricos de E/S
• Conversores de sinais
• Gerador de Clock, entre outros.

Os microcontroladores, ou MCU (microcontroller unit) são projetados para uso em aplicações embarcadas e outros sistemas específicos.

Aplicações dos microcontroladores

Os microcontroladores encontram um número enorme de aplicações na eletrônica moderna, como por exemplo:

• Sistemas embarcados
• Brinquedos
• Sistemas R/C (controle remoto)
• Máquinas industriais e comerciais
• Eletrodomésticos

Vantagens

Existem diversas vantagens no uso de microcontroladores para a construção de circuitos eletrônicos. Dente elas, podemos citar as seguintes:

• Custos baixos de projeto e construção
• Consumo de energia mínimo
• Facilidade de programação
• Sistema compacto (“all in one”)
• Praticidade para reposição

MCU x CPU

Vamos fazer uma pequena comparação entre Microcontroladores e Microprocessadores.

Um microcontrolador é diferente de um microprocessador de várias maneiras. O principal ponto é a funcionalidade. Um microprocessador necessita de diversos componentes externos, como memórias, barramentos e periféricos para poder operar. O MCU contém esses elementos todos embutidos.

Além disso, um microprocessador geralmente faz parte de um sistema programável genérico, como um computador, ao passo que o MCU realiza apenas a tarefa específica para o qual foi programado, dentro de unm circuito eletrônico.

Arquiteturas Harvard x Von Neumann

Há basicamente dois tipos de arquiteturas de computadores digitais: Harvard e von Neumann

A arquitetura Harvard tem esse nome pois tem suas raízes no computador Harvard Mark I. Sua característica principal é que ela possui memórias separadas para armazenamento de dados e instruções. Desta forma, é possível acessar a memória de programa e a memória de dados simultaneamente. Geralmente a memória de programa (instruções) e´somente=leitura e a memória de dados é leitura/escrita. Assim, é impossível que o conteúdo de um programa seja modificado pelo programa em si.

Já a arquitetura von Neumann batizada a partir do matemático e cientista da computação John von Neumann. As máquinas com arquitetura von Neumann possuem um único sistema de armazenamento compartilhado para armazenar dados e as instruções a serem executadas. Desta forma, os programas podem ser facilmente modificados por si próprios, pois ficam armazenados na memória que é leitura/escrita.

Arquiteturas Harvard e Von Neumann.
Imagem: http://santhosh84.blogspot.com.br/

Comparativo das arquiteturas Harvard e von Neumann

Periféricos típicos de um MCU

Um microcontrolador possui, tipicamente, os periféricos listados a seguir:

• Conversores ADC / DAC
• Timers
• Linhas PWM (Pulse Width Modulation)
• Interface USB
• Interfaces UART, I2C, SPI
• Ethernet, CAN (Controller Area Network)

Um CAN (Controller Area Network) é um barramento projetado para que microcontroladores e outros dispositivos, como sensores, se comuniquem entre si sem a necessidade de um computador host.

Exemplos de Microcontroladores

Vejamos alguns exemplos típicos de microcontroladores comuns encontrados no mercado e usados comumente em projetos eletrônicos:

• ARM Cortex-M
• Atmel AVR / AVR 32
• Intel 8051
• Microchip PIC
• NXP LCP 2000 / 3000
• Paralax Propeller
• Texas Instruments MSP430

Alguns microcontroladores comuns

Programação de um Microcontrolador

• Os microcontroladores não possuem, geralmente, um sistema operacional; os programas rodam diretamente no chip (bare metal).
• O software que roda no microcontrolador é chamado de Firmware.
• O software é programado em linguagens C ou Assembly na maior parte dos casos, embora seja possível usar outras linguagens em alguns MCUs.
• A programação é feita como o uso de ferramentas instaladas em um PC (IDE)

Placas para estudo de microcontroladores

Há no mercado diversos kits e placas para estudo e prototipagem de sistemas embarcados e programação de microcontroladores. Como exemplo, podemos citar:

• Plataforma Arduino
• Microchip PIC Starter Kit
• Texas Instruments MSP430 Launchpad
• Keil MCB900 (NXP)

Placas para estudo de microcontroladores.

Próximos passos

Após entender o que são microcontroladores e conhecer os tipos mais comuns, vamos aprender a utilizar kits de aprendizagem de Microcontroladores.

O que abordaremos na Bóson:

• Arduíno
• Texas Instruments (Launchpad)
• Microchip (PIC)
• Intel 8051

E mais alguns outros. Enquanto isso, assista a um vídeo de Introdução aos Microcontroladores:

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