A Importância Da Plataforma Arduino No Meio Acadêmico

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A Importância Da Plataforma Arduino No Meio Acadêmico
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QUEIROZ, Wagner Rodrigues de Oliveira [1], SOUSA, Wanderson Quaresma[2]

QUEIROZ, Wagner Rodrigues de Oliveira, SOUSA, Wanderson Quaresma. A Importância Da Plataforma Arduino No Meio Acadêmico. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 03, Ed. 08, Vol. 12, pp. 123-133, Agosto de 2018. ISSN:2448-0959

Resumo

Com a crescente formação de novos profissionais na fase acadêmica para as áreas de Tecnologia da Informação e Comunicação (TI&C). Surge a necessidade de agregar tecnologias importantes para a construção do conhecimento aos estudantes. A proposta é de uma maior abertura dos cursos, para a aplicação de estudos sobre uso das plataformas abertas. Podemos destacar a plataforma arduino, que pode ser manipulado com liberdade em ambientes acadêmicos e no desenvolvimento de soluções próprias. Para contribuir com a ideia, uma pesquisa sobre a situação e opinião dos estudantes sobre o tema foi realizado e documentado após o contato com a tecnologia. As atividades realizadas e apresentadas foram importantes para obter uma visão clara das necessidades, características e limites da sua aplicação.

Palavras-chave: ensino, plataformas, tecnologia, arduino.

Introdução

No tangente aos domínios para construção do conhecimento voltado para estudo e aplicação de sistemas informatizados, é indispensável a atuação de alguma espécie de meio físico eletrônico que tornem perceptíveis os resultados da sua aplicação ou do seu processo, como o computador e seus periféricos (Deitel e Choffnes, 2005).

Diversos equipamentos presentes em muitas residências, como micro-ondas e máquinas de lavar, embora pareçam simples, possuem circuitos complexos que envolvem não somente sua mecânica ou suas placas eletrônicas, mas um sistema lógico gravado em um chip responsável por controlar a execução de todas as tarefas e, em alguns casos, monitorar o funcionamento do aparelho. O sistema é concebido por linhas de códigos, instruções, que são desenvolvidas de forma semelhante aos aplicativos ou outros softwares com os quais tem-se mais contato (Gimenez, 2005).

Frizzarin (2016) destaca que o surgimento das plataformas de prototipagem para microcontroladores, tem permitido que as pessoas praticassem e desenvolvessem soluções eletrônicas por conta própria. As comunidades envolvidas com essas plataformas apoiam, ainda, que as pessoas desenvolvam as suas próprias soluções, baseadas na estrutura oferecida. É o caso da plataforma abordada neste artigo, o Arduino. Como um exemplo da prática de desenvolvimento, temos o do professor de Ciências da Computação da Universidade de Fortaleza, Daniel Almeida Chagas, que desenvolveu sua própria placa de prototipagem batizada de ‘Marminino[3] em alusão ao Arduino.

No meio acadêmico, ou até em pequenos grupos de discussão entre envolvidos na área de TI&C, é evidente a carência que se tem na abordagem a algumas tecnologias que não são o foco dos negócios comercias. É importante agregar uma tecnologia que ajuda a ampliar a atuação do profissional e abrir sua visão para o aprimoramento de suas habilidades que pode contribuir muito para o desenvolvimento intelectual (July, 2002).

O objetivo do artigo é apresentar um estudo sobre a tecnologia, demostrando a facilidade proporcionada para sua utilização, apresentar o quão vantajoso pode ser para o ambiente de educação acadêmica, em especial na área de TI&C, e a aplicação da plataforma arduino como um meio ou complemento de uma solução. Ideias assim encontram sinergia com muitos educadores e foi recomendada no 4º Congresso de Boas Práticas em Sala de Aula, promovido pela associação sem fins lucrativos, Parceiros da Educação, que tem como um de seus objetivos o apoio a políticas públicas que promovam a qualidade da educação[4].

2 A plataforma arduino

Retirado do slide de docente da UTFPR disponibilizado na web.

Figura 1- Disposição dos itens na placa Arduino UNO

A começar pelo nome, o substantivo próprio Italiano Arduino, nome do rei da Itália entre 1002-1014, Arduino d’Ivrea, tem origem germânica na palavra Hardwuin, que significa forte e amigo[5]. O Arduino (figura 1) é uma placa de circuito microcontrolador para desenvolvimento de protótipos eletrônicos, que permite a gravação de um conjunto de instruções através de uma linguagem de programação de modo a minimizar complexidades (Frizzarin, 2016).

Para utilizar a linguagem de programação para criar os programas e grava-los na placa, é necessário o uso de um ambiente de desenvolvimento que suporte essa linguagem e realize as etapas necessárias para compila-lo e grava-lo através de uma interface entre o computador e a plataforma. Para desenvolver instruções e gravá-las na plataforma Arduino, deve-se fazer uso de um Ambiente de Desenvolvimento Integrado – IDE. A IDE Arduino[6] está na sua versão 1.8.4 em outubro de 2017 e é desenvolvido e atualizado pela comunidade internacional de plataforma aberta. Possui um editor de texto que aceita as instruções e verifica erros de sintaxe, um compilador para gerar o arquivo e um carregador para enviá-lo para a plataforma. A linguagem de programação utilizada para desenvolver essas instruções é chamada Arduino e ela é derivada de uma linguagem chamada Wiring (Monk, 2015).

O Arduino não só facilita a programação, por meio de instruções da linguagem, como também facilita a utilização do hardware devido ao formato da sua plataforma. Mais do que os simples pinos, foram desenvolvidas placas que integram e expandem as conexões e funções da placa, permitindo ao Arduino conexão à rede ethernet, wireless, GSM, comunicação RF (Radiofrequência), etc. Essas placas chamadas de Shields, se encaixam aos pinos da placa e permitem a comunicação de forma simples com demais dispositivos, estendendo o alcance da aplicação em que o Arduino está inserido (Monk, 2015).

Fonte: Retirado da página oficial da comunidade Arduino

Figura 2- Placa Shield Ethernet para Arduino

Poderíamos citar algumas placas capazes de realizar a comunicação e a integração com outros dispositivos. Como exemplo, temos a Placa Shield Ethernet[7] (figura 2), que permite que o Arduino possa se comunicar com a rede e com isso oferecer mais serviços como servidor ou cliente web em projetos voltados para Internet das Coisas- IoT. A Placa Shield GSM5, que permite a comunicação com a rede celular através de um chip inserido no slot e pela recepção da sua antena integrada. O módulo acelerômetro5, quando conectado, fornece informações sobre sua posição em um plano cartesiano de eixos x, y e z referências à aceleração terrestre e o Módulo Display LCD5, quando conectado ao Arduino, permite que caracteres sejam exibidos em sua tela.

Quando se pretende desenvolver um projeto com Arduino ou até mesmo um circuito eletrônico, independentemente do nível de complexidade, o ideal é antes projeta-lo. Isso significa que para documentar e visualizar as etapas e necessidades de um projeto, até mesmo, para verificar o funcionamento, antes devemos montar um desenho esquemático e, por conseguinte, um protótipo do circuito em uma placa chamada Protoboard (Frizzarin, 2016).

Para desenvolvimento do desenho esquemático do circuito do projeto, podemos fazer uso do software Fritzing[8]. É uma ferramenta de ambiente gráfico que foi criada para apoiar projetos que façam uso do Arduino, ou até mesmo, para outros circuitos eletrônicos. O software permite que seja montado um desenho esquemático e ao mesmo tempo ele gera um diagrama elétrico do circuito, que pode ser utilizado para a fabricação de uma placa de circuito impresso para o projeto (Monk, 2015).

3 Desenvolvimento com a plataforma

Para que se torne compreensível o nível de complexidade necessário para se trabalhar com a plataforma, serão apresentados alguns tópicos que tratarão o desenvolvimento de uma solução com a plataforma. Como exemplo um cenário do uso da plataforma em uma residência.

É convencional que para ligarmos/desligarmos a iluminação de um ambiente, fazemos uso do interruptor, que irá chavear a alimentação elétrica da lâmpada. Nesse cenário podemos oferecer uma solução para também ligar/desligar a iluminação residencial através de um smartphone. Nesse caso, em que o objetivo é permitir ao usuário ligar e desligar as luzes não somente pelo interruptor, mas por um aplicativo instalado em seu smartphone, temos a necessidade de um agente eletrônico integrador, papel assumido pelo Arduino, que também precisa estar conectado a alguma interface de comunicação com o smartphone (Monk, 2014).

Para a implementação da solução, será necessário o Arduino, para seguir uma série de instruções que coordenam o funcionamento da maneira que desejamos e envie os sinais elétricos necessários para acionamento dos componentes eletrônicos, um acessório módulo relê, para comutar o estado da lâmpada entre ligada e desligada, e a placa shield ethernet, que irá prover interface com a rede e permitir que haja comunicação entre o Arduino e o Smartphone. O Arduino precisa de um código que siga as instruções que orientem o seu funcionamento de acordo com os dados que irá receber pela interface de comunicação da placa, que vem do aplicativo no smartphone do usuário. Na figura 3, temos o Arduino como agente controlador, o módulo relê que recebe o sinal para comutar o estado da lâmpada entre ligada e desligada e o interruptor que irá criar a redundância necessária para que o usuário possa fazer também o acionamento. Dos seus terminais saem três fios que serão conectados nas portas digitais da placa Arduino para receber os sinais de comando (Monk, 2014).

Fonte: Elaborado pelos autores

Figura 3- Esquema de ligação do Arduino no circuito elétrico, utilizando um interruptor, uma lâmpada e um módulo relê.

Para que funcione, é necessário um conjunto de instruções que compõe o programa que será compilado e gravado no Arduino para que este siga o roteiro da solução. Todo o programa foi dividido em duas funções, que são utilizadas em qualquer programa que roda na plataforma, void setup () e void loop() (Antonio, 2006).

Fonte: Elaborado pelos autores

Figura 4- Função Void Setup () do programa

Na figura 4, temos a primeira parte do código que inclui as bibliotecas necessária para a comunicação e funções da shield ethernet, a configuração e a função void setup (), que configura o funcionamento dos pinos e da comunicação da placa.

Na figura 5, temos a segunda parte do código, que inclui a função void loop (), onde são inseridas as instruções que são executadas repetitivamente pelo microcontrolador (Antonio, 2006).

Fonte: Elaborado pelos autores

Figura 5 – função void loop () do programa

 

Para o acionamento da lâmpada através do smartphone foi desenvolvido uma aplicação simples em android (figura 6) com o botão ligar e outro desligar, para envio dessas intenções como forma de comando para a placa (Monk, 2014).

Fonte: Elaborado pelos autores

Figura 6 – Aplicação mobile para enviar comandos do smartphone para a placa Arduino

4 Aplicação da Plataforma no Meio Acadêmico

Depois de conhecer a plataforma Arduino, os conceitos, ferramentas e dispositivos envolvidos, além do alcance que toda a tecnologia oferecida nos permite, cabe a indagação que outros benefícios significativos a plataforma pode trazer. A proposta é apresentar os impactos da aplicação da plataforma através da realização de uma oficina com estudantes, realizar uma pesquisa e analisar os resultados, avaliando assim se seria benéfico a introdução dessa tecnologia como uma disciplina ou conteúdo no ambiente acadêmico dos cursos dos eixos tecnológicos.

A ideia é capacitar e despertar a capacidade dos estudantes de desenvolver projetos que sejam trabalhados em grupos e que visam um objetivo benéfico para a comunidade ou para a sociedade, como a criação de uma estação meteorológica, um sistema de alerta para baixa umidade ou ainda um controlador de consumo de água.

Em busca de informações sobre o interesse dos estudantes de estudar sobre a plataforma, uma oficina foi realizada por um dos autores deste artigo para alguns estudantes de diversos cursos do Centro Universitário Unieuro em junho de 2017. Em resumo, e atendendo ao que foi descrito no plano de ensino, o escopo da oficina se ateve a apresentar a plataforma, propor e acompanhar o desenvolvimento de alguns protótipos, para que possamos gerar dados relevantes para análise. Foram apresentados os conhecimentos envolvidos, a plataforma e suas características, bem como as ferramentas auxiliares e as etapas para desenvolvimento de um projeto

A metodologia utilizada foi a aplicação de um questionário em modo de pesquisa antes do início das atividades, para avaliar o perfil das pessoas que estavam participando. Realizou-se também um novo questionário ao final da oficina, de modo que se pudesse avaliar a influência e o nível de interesse dos participantes sobre a tecnologia.

5 Resultado e discussão

No desenvolvimento com a plataforma, foi trabalhado, juntamente com os estudantes, o projeto de acionamento da lâmpada por um aplicativo smartphone Android com redundância pelo interruptor manual. Após a realização da oficina, foi passado um questionário para concluir, que visa analisar os impactos da realização da oficina nos participantes e comparar com a intenção descrita no objetivo desse artigo.

Abstraiu-se da pesquisa diversos dados que podem ser utilizados para a análise. Do questionário pré-oficina, temos o seguinte gráfico (figura 7):

Fonte: Elaborado pelos autores

Figura 7 – Gráfico com os dados resultantes do questionário realizado na oficina

Ao analisarmos esses dados, podemos inferir que a maioria estaria disposta em desenvolver soluções por conta própria, e não prontas ou de terceiros e que, nem todas as pessoas que tem vontade de fazer ou participar do desenvolvimento, necessariamente irão ter interesse na complexidade envolvida. Outra informação que é possível extrair é que a plataforma é muito comentada entre as pessoas na área de tecnologia, mas que ela ainda não teve contato direto com a maioria dos ambientes em que as pessoas estão presentes.

Do segundo questionário, que conclui o trabalho de pesquisa realizado juntamente com a oficina, abstraiu-se os dados a seguir (figura 8):

Fonte: Elaborado pelos autores

Figura 8 – Gráfico com dados resultantes do questionário realizado ao final da oficina

Do segundo gráfico, podemos inferir que os participantes aprovaram e recomendam a aplicação da plataforma, mas a opinião de alguns dos participantes é que se deve melhorar a abordagem. Mesmo assim, a maior parte dos participantes já tiveram ideias para aplicar com a plataforma através do que foi apresentado.

Da atividade que foi realizada com os participantes, pode-se concluir que a experiência alcançou seus objetivos positivamente. Todos os alunos participaram e acompanharam juntos o desenvolvimento de um projeto em que se era possível acender uma lâmpada através do interruptor e de um aplicativo desenvolvido para smartphone Android tendo o Arduino como integrador de todo o sistema.

Conclusão

A plataforma Arduino disponibiliza um conjunto de ferramentas que tornam, de forma simplificada, dinâmica e integrável, possível a realização de um projeto tecnológico, participando de atividades de amadurecimento da inovação, do exercício da criatividade e como meio para a prática de estudos que aprimorem habilidades voltadas à lógica e à tecnologia.

Este artigo propôs a apresentação da plataforma e dos benefícios com a sua aplicabilidade em um cenário acadêmico. Cada detalhe das atividades realizadas e apresentadas foram importantes para que tivesse uma visão holística das necessidades, características e limites da sua aplicação. O trabalho alcançou seus objetivos, sendo observadas alguns pontos que podem ser melhorados e melhor trabalhados com o desenvolvimento de mais algumas etapas em um projeto piloto pela instituição.

Referências bibliográficas

ANTONIO, Marco. Apostila de Programação de Microcontroladores PIC usando a Linguagem C. Vitória: 2006.

DEITEL, Harvey M.; DEITEL, Paul J.; CHOFFNES, David R. Sistemas Operacionais 3ª Edição. São Paulo: PEARSON, 2005.

FRIZZARIN, Fernando Bryan. Arduino: Guia para colocar suas ideias em prática. São Paulo: CASA DO CÓDIGO, 2016.

GIMENEZ, Salvador P. Microcontroladores 8051. Editora PEARSON. São Paulo: PEARSON, 2005.

JOLY, M. C. R. A. (2002). Tecnologia no ensino: implicações para a aprendizagem. São Paulo: Casa do Psicólogo.

MONK, Simon. 30 Projetos com Arduino. Editora: BOOKMAN, 2014.

MONK, Simon. Fritzing for Inventors: Take Your Electronics Project from Prototype to Product. Editora:  McGraw-Hill Education Tab, 2015.

MONK, Simon. Programação com Arduino II: Passos avançados com Sketches. Editora: BOOKMAN, 2015.

Monk, Simon. Projetos com Arduino e Android: use seu smartphone ou tablet para constrolar o Arduino. Porto Alegre. Bookman 2014.

MORAES, C. C.; CASTRUCCI, P. Engenharia de Automação Industrial 2ª Ed. São Paulo: LTC- Grupo GEN, 2007.

Reportagem do portal G1 sobre o projeto do professor baseado no Arduino. Disponível em: http://glo.bo/1NuoHeZ. Acesso em: 05 de junho de 2017.
O Arduino foi tema de debate sobre as práticas em sala de aula e foi recomendado. Disponível em: https://goo.gl/ZpcaAW Acesso em: 05 de junho de 2017.

Significado da palavra e história sobre a concepção do Arduino estão presentes na homepage da comunidade. Disponível em: https://goo.gl/BMfRI0. Acesso em: 06 de junho de 2017.

Na página oficial da comunidade Arduino está o software disponível para download. Disponível em: https://goo.gl/wJjGw6. Acesso em: 23 de outubro de 2017

Na página oficial da comunidade Arduino estão listadas todas as placas, Shields e acessórios oficiais. Disponível em: https://goo.gl/fXVpCV. Acesso em: 06 de junho de 2017.

Na página oficial da fritzing, pode-se encontrar todas as informações necessárias e o software para download. Disponível em: http://fritzing.org/. Acesso em: 23 de outubro de 2017.

[1] Acadêmico da Graduação de Sistemas de Informação, Centro Universitário Euro – Americano

[2] Acadêmico da Graduação de Sistemas de Informação, Centro Universitário Euro – Americano

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