pHmetro

Para quem não conhece, pHmetro é o aparelho utilizado para medir pH de líquidos. Ele é composto de um dispositivo de leitura e uma ponta de prova. Para montar um pHmetro baseado em arduino compramos o kit pH-stamp, da Atlas Scientific. O kit é composto pelo pH-stamp, a ponta de prova e uma solução de calibração. O pH-stamp é um circuito que faz a interface entre uma ponta de prova de pH e o arduino:

Ele possui 6 conexões:

• Vcc - alimentação da placa (tensão: 3,3 - 5,5v);
• GND - o bom e o velho terra do arduino;
• PRB - Sinal da ponta de prova;
• GND - Terra da ponta de prova;
• Tx e Rx - Estas duas conexões são responsáveis pela comunicação com o arduino.

As 2 primeiras conexões são conhecidas e não há nenhum mistério nelas. As outras duas, PRB e GND, são conectadas a um conector BNC (conector de cabo coaxial, o mesmo da figura abaixo), sendo que o conector central corresponde ao PRB e o externo ao GND.

As outras duas conexões, Tx e Rx, serão conectadas em portas digitais do arduino. É importante lembrar que a porta Tx do pH-stamp deve ser conectada a porta Rx do arduino e vice-versa. Até aqui, tudo o que eu falei está no manual que veio junto com o kit. No manual tem um código arduino para Duemilanove. Este código não funciona com o arduino MEGA. Fiquei duas horas tentando achar algum erro e estava prestes a desistir quando achei um fórum onde um usuário teve o mesmo problema.

O problema está na biblioteca utilizada no manual (NewSoftSerial) que não funciona com o arduino Mega. A solução é simples, basta fazer as conexões Tx/Rx nas outras portas de comunicação serial do Mega (o arduino mega tem 4 portas seriais). No meu caso, fiz a conexão utilizando a Serial1 do Mega (portas 18 e 19). O código está no final deste post.

Para ler os dados da porta serial eu estou usando um script em Python (estou abandonando o Processing) que lê os valores da porta e faz o gráfico do pH x tempo. O gráfico é atualizado constantemente e enquanto atualiza o gráfico o python salva os dados em um arquivo no computador (dados.dat). Abaixo tem uma imagem da janela do programa.

Para fazer esse script em python precisei aprender sobre dois módulos do python que eu não conhecia. O primeiro foi o pyserial, que faz a comunicação entre o python e o arduino, e o segundo é o pygame, responsável pela parte gráfica. O python tem diversas ferramentas para fazer gráficos e com certeza a pior delas é o pygame. Contudo o pygame tem outras funcionalidades que no futuro serão interessantes. Eu vou melhorar este script e adicionar botões para controle do pHmetro como, iniciar, pausar, salvar etc.

Segue um vídeo do resultado final:

Os dois códigos (arduino e python) você pode baixar clicando aqui!

Últimas considerações sobre este projeto:

Um pHmetro de bancada custa em média R$560,00. Nós precisamos importar o pH-stamp, já que não tem nacional. O custo total do projeto foi:

• Arduino Mega - US$25,00
• pH-stamp + ponta de prova + solução de calibração - US$80,00
• TOTAL: US$105,00 (aproximadamente 180,00 reais)

Final da história, um equipamento equivalente e com as mesmas funcionalidades, por menos de 1/3 do preço.

Apostila do Curso de Introdução ao Arduino.

Como anunciado no post anterior sábado dia 27/08 eu dei um curso de introdução ao arduino. Ao preparar o curso eu escrevi algumas notas. No link abaixo tem o pdf dessas notas de aula.

http://dl.dropbox.com/u/16556959/curso.pdf

Projeto: Usando microfone com o Arduino

Seguindo a série de projetos resolvemos estudar o CI LM386. O LM386 é um amplificador de aúdio de baixa potência. Ele é um CI com oito pinos e a função de cada pino está descrito abaixo. O funcionamento é simples, basicamente, você liga um microfone de eletreto nas portas 2 e 3 e tem o sinal amplificado na porta 5. Lembrando que na porta 2 devemos ligar o GND e na 6 o +5V do arduino.

Para aumentar a amplificação, podemos adicionar um capacitor ligando as portas 1 (+) e 8 (-). Para melhorar a qualidade do sinal, podemos adicionar alguns capacitores e resistores. Na rede há diversos circuitos que mostram como fazer a ligação com o arduino. O que achei mais simples foi esse aqui. Para seguir o padrão do nosso site, fiz o diagrama fritzing do circuito que montamos.

Os capacitores C1, C2 e C3 são capacitores de 10microF e o C4 é de 100nF. O resistor de 10K pode ser substituído por um potenciômetro, o potenciômetro funcionará como um botão de volume.

Este é o esquema para um microfone, o que nós fizemos foi montar dois circuitos iguais a esse e ligar no mesmo arduino. Um microfone foi ligado na porta analógica 0 (como mostrado no diagrama) e o outro ligamos na porta 2.

Abaixo segue o código arduino para enviar o sinal dos microfones para o computador. Enviamos uma string com os valores lido nas duas portas analógicas, separados por ";".

int A0 = 0;

int A1 = 2;

int var0, var1;

int passo=1;

void setup(){

Serial.begin(9600);

}

void loop(){

var0=var1=0;

for(int i=0; i

var0+=analogRead(0);

var1+=analogRead(2);

}

Serial.print(int(var0/passo));

Serial.print(";");

Serial.println(int(var1/passo));

}

Agora que o computador está recebendo os dados do arduino, usamos o Processing para pegar este sinal e fazer um gráfico do sinal do microfone em função do tempo.


// Importa a biblioteca de comunicação serial
import processing.serial.*;
// Cria um objeto para comunicação
Serial myPort;
float xPos = 1;
float yPos0 = 1;
float yPos1 = 1;
float dt=1;
int i=0;
float inY0, inY1;
void setup () {
// Define o tamanho da janela
size(800, 300);
//Conecta-se com o primeiro dispositivo da lista
myPort = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600);
// Espera receber o primeiro sinal da usb
myPort.bufferUntil('\n');
// Define a cor de fundo da janela
background(255);
}
void draw () {
// Nada será feito aqui
}
void serialEvent (Serial myPort) {
// Pega a primeira linha recebida na porta serial
String inString = myPort.readStringUntil('\n');
// Se a linha não estiver em branco
if (inString != null) {
// remove os espaços em branco
inString = trim(inString);
// Divide a string num vetor separado por ;
String[] vector = split(inString,';');
// converte para int e muda os limites (map):
inY0 = map(float(vector[0]), 0, 1023, 0, 350);
inY1 = map(float(vector[1]), 0, 1023, 0, 350);
// Desenha as linhas:
stroke(255,0,0);
line(xPos,yPos0, xPos+dt, height - inY0);
yPos0=height-inY0;
stroke(0,0,0);
line(xPos,yPos1, xPos+dt, height - inY1);
yPos1=height-inY1;
// Se chegar no final da janela, volta para o início
if (xPos >= width) {
xPos = 0;
background(255);
}else {
xPos+=dt;
}
}
}




O resultado desse código é um gráfico como este abaixo.

Tutorial: Entendendos os transistores.

Existem diversos tipos de transistores: NPN, PNP, FET, MOSFET etc. Neste post vou explicar como funcionam os transistores do tipo NPN e PNP e montar uma ponte-H diferente desta.

Em termos gerais estes dois transistores funcionam como interruptores. Todos os dois possuem 3 conectores: 1-Emissor, 2-Base e 3-Coletor. Na ligação a corrente deve circular no sentido do Coletor para o Emissor. O sinal da base é que vai determinar se o circuito está fechado (passando corrento) ou aberto (sem passar corrente). No transistor NPN, o circuito fica aberto enquanto a tensão na base for 0V e fica fechado se na base houver uma tensão maior que 0V (mesmo uma tensão de mV é o suficiente para fechar o circuito). O transistor PNP funciona ao contrário do NPN (fechado se a Base for igual a 0V e aberto se for maior que 0V).

Não sou um "expert" em eletrônica, basicamente quando preciso de um transistor do tipo NPN eu compro o BC548 e quanto quero um PNP compro o BC558. A regra geral é, transistores do tipo BC54X são NPN e BC55X são PNP. O X é um número qualquer, para cada número existe uma tensão máxima de funcionamento (no caso do BC548 a tensão máxima é 20V). Existem outros detalhes mais técnicos sobre os transistores, mas chega de conversa fiada e vamos para um exemplo prático utilizando arduino. Observe o circuito abaixo:

O transistor P é um transistor PNP e N um NPN. Ao ligarmos esse circuito, o led amarelo, que está ligado ao transistor P, ficará aceso e o led verde desligado. Quando enviarmos um sinal de +5V para a porta 11 (digitalWrite(11,HIGH)) o led amarelo irá apagar e se enviarmos um sinal para a porta 3 o led verde irá acender.

Qual a diferença entre esse tal transistor e fazer a ligação diretamente na porta digital?

A resposta é bem simples, vamos supor que você tenha um motor (corrente contínua) que precise de uma tensão de 12V (como a maioria dos motores) para funcionar. Se você fizer a ligação diretamente na porta digital o motor não irá funcionar, as portas digitais só tem 5V. Então você vai precisar uma fonte externa ligada ao motor e vai querer usar o arduino para controlar o motor.

Um recurso interessante ao se ligar os motores DC é a ponte-H. Ela permite, utilizando duas portas digitais, controlar o sentido de rotação do motor. Um exemplo de ponte-H, utilizando apenas transistores NPN pode ser vista aqui. O que vou apresentar agora é uma outra ponte-H, que utiliza transistores NPN (2x) e PNP (2x).

Uma dúvida comum ao se trabalhar com motores no arduino é como fazer a alimentação do arduino. É muito comum ver alguém ligando um motor na porta digital e o motor não funcionar (principalmente motor servo). Neste diagrama, vou mostrar como devemos ligar o motor a uma fonte de energia externa.

Aqui Q1N e Q2N são transistores do tipo NPN e Q1P e Q2P transistores do tipo PNP. Note que no diagrama não conectamos a porta +5V do arduino, pois a energia virá de uma fonte externa. Contudo, precisamos conectar o GND (ground ou terra) do arduino no GND ou Negativo da fonte externa. Isso serve para informar ao arduino uma referência.

Projeto: Manipulando um motor DC no arduino.

Sabem aqueles motores de carrinho a pilha? Pois então, estes são os motores DC direct current ou corrente contínua em português. Basicamente é um motor que gira em apenas um sentido. Contudo, se a polaridade nos terminais é invertida a rotação ocorre no sentido oposto.

O que vamos mostrar neste projeto é uma forma de usar o arduino para controlar o sentido de rotação do motor. A idéia é construir um circuito que permita inverter o sentido da corrente, como na figura abaixo. Este circuito é conhecido como Ponte-H (H-Bridge) devido a configuração das chaves.

Veja que na figura acima o sentido da corrente é determinado através de chaves que abrem ou fecham o circuito. Para fazer esse chaveamento iremos utilizar quatro transistores do tipo NPN (BC547). Esse transistor funciona mais ou menos como um interruptor. Ele é composto de 3 pinos (1-Emissor, 2-Base e 3-Coletor) como mostrado na figura ao lado. A "grosso modo" a conexão entre os terminais 1 e 3 é feita se e somente se for aplicada uma tensão no terminal 2.

Para montar uma ponte-H com este transistor são necessários:

• 4x transistores NPN BC547 (pode-se utilizar outro transistor NPN);
• 2x resistores de 10kOhms;
• 2x LEDs;
• Motor DC;
• Fios.

O diagrama abaixo mostra como deve ser montado o circuito na protoboard. Repare que os dois LEDs estão ligados com polaridade invertidas, eles funcionam como indicadores do sentido de rotação do motor e podem ser retirados do projeto.

Não fiz a conexão no arduino para poupar espaço. Essa montagem permite que as portas PWMs sejam utilizadas para controlar a velocidade do motor. O código que faz o motor rotacionar nos dois sentidos está descrito abaixo.



int D0=10; //Porta que comando o sentido horario
int D1=6; //Porta que comanda o sentido anti-horario

void setup(){
pinMode(D0,OUTPUT);
pinMode(D1,OUTPUT);
}
void loop(){
//Gira no sentido horario
digitalWrite(D0,HIGH);
delay(2000);
// Para de Girar
digitalWrite(D0,LOW);
delay(2000);
//Gira no sentido anti-horario
digitalWrite(D1,HIGH);
delay(2000);
// Para de Girar
digitalWrite(D1,LOW);
delay(2000);
}


Futuramente iremos falar sobre o L293D, um circuito integrado que tem a mesma função da ponte-H e permite controlar mais de um motor.

Apostila

O Thadeu me mandou essa apostila e estou disponibilizando aqui para todos. O autor da apostila é o Álvaro Justen, aluno do curso de Engenharia de Telecomunicações da UFF/Niterói. A apostila é bem didática, vale a pena ler (vale a pena ler = os alunos de IC tem que ler).

Se houver interesse, podemos organizar um mini-curso baseado nessa apostila. A ideia é que o curso seja dois dias a noite ou nas manhãs de sábado. Quem tiver interesse, deixe um comentário dizendo se prefere a noite ou no sábado pela manhã.