Utilizando Shields (MIC110)

Parte importante dos projetos que envolvem microcontroladores é o Shield. Interfaceando o microcontrolador com sensores e dispositivos de saída que exigem correntes elevadas eles são fundamentais para o controle de solenoides, relés, motores e outros dispositivos de alta potência. Veja neste artigo como trabalhar com estas importantes interfaces.

As saídas de um microcontrolador, como os usados nas placas de Arduino só podem fornecer correntes de 40 mA com 5 V e 50 mA com 3 V.

 

Figura 1 – Arduino Uno
Figura 1 – Arduino Uno

 

Isso significa que se desejarmos controlar circuitos ou dispositivos de maior corrente não podemos fazer sua conexão direta nestas placas.

Mesmo levando em conta as situações limite em que controlamos cargas de maior corrente, se utilizarmos todas as saídas simultaneamente para esta finalidade, corremos o risco de sobrecarregar o microcontrolador, levando-o ao limite de sua dissipação.

Se pretendemos controlar cargas de maior potência, acima de 50 mA, precisamos utilizar algum tipo de interface de maior capacidade, normalmente denominadas “Shields”.

Um Shield nada mais é do que um circuito de potência que, a partir das saídas de um microcontrolador, como o Arduino, pode controlar uma carga determinada.

Alguns Shields oferecem ainda a possibilidade de se isolar a saída do microcontrolador do circuito ou dispositivo controlado, agregando segurança o que é especialmente importante quando o circuito ou dispositivo controlado está ligado à rede de energia.

Em geral, os Shields podem ser montados com facilidade, tanto de forma experimental em matrizes de contato como definitivos em placas planejadas ou em placas universais, existe possibilidade de se comprar a unidade pronta.

Placas contendo conjuntos de relés, pontes H são comuns para se controlar cargas de maior potência ou motores com o recurso da reversão.

 

 Figura 2 – Shield com 4 relés
Figura 2 – Shield com 4 relés

 

No entanto, existem casos em que a placa pronta não existe ou se existe ela tem recursos muito além do que necessitamos.

Por exemplo, podemos precisar controlar uma carga de potência através de um relé, mas só temos Shields para a venda com 4 relés.

Pagamos por quatro e usamos apenas um, o que além de ser um desperdício, pode comprometer um projeto em que se deseja ocupar o menor espaço possível.

Neste caso, o melhor mesmo é montar o Shield e para isso precisamos de um circuito para esta finalidade.

No nosso site temos diversas opções para estas interfaces, utilizando desde componentes comuns até agregando recursos adicionais como, por exemplo, um temporização externa ou outro recurso que não mais precisará ser programado.

Outra possibilidade é a de não existir um Shield para o que desejamos fazer o que exige de qualquer maneira não apenas um circuito para seu acionamento como também o próprio circuito.

Por exemplo, se estamos criando um alarme sonoro de alta potência, além do circuito de acionamento que envolve, por exemplo, um relé, também precisamos da própria sirene que vai ser controlada.

Montando um Shield específico para isso, podemos ter uma abordagem diferente para o problema: podemos fazer a própria sirene controlada pelo microcontrolador, por exemplo, Arduino eliminando muitos componentes.

Eliminamos o relé e fazemos o controle digital da sirene. Em outro artigo desta seção, mostramos como proceder em casos como este.

A adaptação de circuitos comuns “blocos construtivos” como os que temos em milhares de nossos artigos, banco de circuitos, mini-projetos e circuitos simulados no Multisim oferece uma gama gigantesca de ideias neste site.

Podemos utilizar Shields de desenvolvimento, como o da figura 3 que contém uma matriz de contatos.

 

Figura 3 – Shield de desenvolvimento
Figura 3 – Shield de desenvolvimento

 

Mais que isso, podemos utilizar as simulações nossas para verificar se um projeto funciona não necessariamente utilizando um microcontrolador que esteja disponível no simulador.

Por exemplo, podemos simular o funcionamento de um bloco, como mostrado na figura abaixo, utilizando o gerador de funções e ajustando sua saída para pulsos retangulares como os obtidos na saída de um Arduino, conforme mostra a figura 4.

 

Figura 4 – Simulando o funcionamento de um shield
Figura 4 – Simulando o funcionamento de um shield

 

Basta então ajustar a saída do gerador retangular para 3,3 V ou 5 V e verificar se o bloco funciona, conforme o caso.

Veja que nesta simulação temos uma lâmpada de 5 V, mas sua tensão pode ser maior.

No exemplo dado temos um sinalizador de alta potência controlada pelo microcontrolador.

 

A Eletrônica

Se bem que as placas de microcontroladores como o Arduino, MSP430, PIC e outras contenham a maior parte da eletrônica que precisamos nossos projetos, o conhecimento básico de eletrônica ainda é fundamental para o desenvolvimento de um projeto a não ser em poucos casos em que os Shields façam tudo.

Conhecer eletrônica para saber o que ligar, como ligar e o que programar é fundamental para os projetos que envolvam estas placas.

No nosso site, além de uma vasta quantidade de artigos teóricos que tratam de circuitos, projetos e interpretação de diagramas, além do princípio de funcionamento de tudo que há de eletrônico, o leitor terá ainda a possibilidade de adquirir cursos e livros de apoio.

Em especial, recomendamos os livros da nossa série de Cursos como o Eletrônica – Curso Básico, Curso -Eletrônica Analógica - Eletrônica Digital 1 e 2 e Eletrônica de Potência.

E é claro, comprando sua placa, Arduino, por exemplo, será interessante ter uma matriz de contactos e um bom estoque de componentes básicos como transistores, resistores, capacitores, diodos, relés, LEDs que em muitos casos podem ser adquiridos na forma de kits.

A partir daí é só criar seus circuitos lembrando-se da programação de que trataremos mais seguir.

 

Shields Sensores

Da mesma forma que temos os circuitos atuadores, os sinais que controlam nosso projeto podem vir dos mais diversos tipos de sensores.

Muitos deles podem ser ligados diretamente às placas, pois fornecem sinais compatíveis tais como LDRs, termistores, micro-switches, etc

No entanto, em alguns casos, os sinais não são compatíveis com as entradas exigindo Shields especiais que processam seus sinais para uma forma apropriada de excitação.

Temos neste caso, Shields de sensores inerciais e até mesmo de sinais de rádio que podem receber o sinal de controle de um celular, tablet por meio de conexão Wi-Fi.

Se bem que em alguns casos estes Shields também possam ser montados, existem muitos deles que podem ser comprados prontos.

 

Figura 5 – Shields sensores
Figura 5 – Shields sensores

 

 

Onde obter Shields

Percorrendo as indicações do Google, o leitor poderá encontrar diversos fornecedores de Shields em nosso país, além das próprias placas de Arduino e outros microcontroladores.

Os preços variam de acordo com que cada Shield faz.

A MOUSER ELECTRONICS também fornece Shields de excelente qualidade, originais e não de procedência que coloque em dúvida a sua confiabilidade.

Basta acessar seu site através de nossa publicidade e na busca digitar a palavra “shield” que o leitor verá todas as opções disponíveis.

 

Programação

A linguagem de programação utilizada na maioria dos casos não oferece dificuldades de aprendizado.

A linguagem C e C++ são as mais utilizadas havendo muitos cursos e tutoriais na Internet.

Em muitos casos, podem ser encontrados programas “sketchs” prontos, que podem ser facilmente usados ou adaptados para o que desejamos.

 

Conclusão

De uma época em que até os componentes precisavam ser montados em casa, improvisados com o material que se tinha ao alcance, passando pelos componentes comuns e circuitos integrados obtidos no mercado especializado chegamos ao “maker” do século 21.

Partindo de placas microcontroladas e shields praticamente qualquer projeto pode ser criado, desde robôs e drones até vestíveis e utilidades domésticas que em muitos casos podem ser tornar excelentes produtos comerciais.

 


Sociedade
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