Ardu5 - Robô Educacional de Programação com Arduino (Integração com Scratch)

Robô com LEDs e Sensor LDR 

🤖 Aprendendo a Programar com Arduino: 

* Inspirado no Projeto do Professor García! 🚀

 

Olá, pessoal! Hoje trago para vocês um emocionante projeto de robô inspirado no trabalho do Professor García: o Robô Ardu5! 

Este robô é uma ótima maneira de aprender a programar com Arduino, e vou explicar todos os detalhes para vocês.

 

🔧 O Projeto:

O Robô com LEDs e Sensor LDR é uma criação incrível que apresenta um design simples e atrativo, perfeito para entusiastas da robótica e programação que desejam dar os primeiros passos no universo do Arduino. O robô possui cinco LEDs: três na barriga de 3mm, (verde, amarelo e vermelho), e dois nos olhos, que adicionam um charme especial ao projeto. Além disso, o robô conta com um sensor LDR (Light Dependent Resistor) posicionado acima da cabeça, que pode ser programado para detectar mudanças de luminosidade no ambiente.

 

🎯 Vantagens do Robô com LEDs e Sensor LDR e Programação com Arduino:

 

Versatilidade: Com cinco LEDs e o sensor LDR, o projeto do Robô proporciona uma experiência de aprendizado diversificada. Os LEDs da barriga por exemplo, permitem simular as luzes de um semáforo, e o sensor LDR possibilita interações com o ambiente, tornando o projeto mais envolvente.

Facilidade de Construção: Embora o projeto tenha algumas alterações referente ao projeto original mencionado, a montagem continua sendo simples e acessível para iniciantes. O uso do Arduino Uno facilita ainda mais o processo.

Aprendizado de Programação: Programar o Robô com LEDs e Sensor LDR é uma experiência educativa e divertida. Os iniciantes podem começar com códigos simples para controlar os LEDs e ler dados do sensor LDR. Conforme ganham confiança, podem explorar conceitos mais avançados.

Integração com Scratch e IDE do Arduino: A flexibilidade de programar o robô tanto na interface Scratch quanto na IDE do Arduino é uma vantagem significativa. Isso permite que jovens aprendizes se envolvam no projeto e aprendam conceitos de programação de forma lúdica.

Materiais necessários

(1) Arduino Uno

(1) PCI Placa de Circuito Impresso perfurado (6cm x 8cm ou 7cm x 9cm)

(1) Impressão da imagem do Ardu5 em papel A4 (couché 120g ou 150g)
(1) LDR 5mm
(2) LEDs vermelhos 5mm ou 10mm (usei 10mm) - Olhos
(3) LED azul, amarelo e verde de 3 mm ou 5mm (usei 5mm)
(1) Resistor de 1K ohm
(5) Resistores de 330 ohm
(1) Cabo de Rede par trançado (10cm)
(7) Pinos macho de 90 graus
(1) Pino fêmea.

* Cola de silicone (usada em artesanatos)

Cálculo da resistência para os leds

R = Va - Vled

    I

R = Resistência

Va = Tensão de alimentação (do Arduino)

Vled = Tensão do led

I = Corrente do Led em ampère

Calculando pela menor tensão do led, podemos ver o valor mínimo de resistência para cada led, que é de 160r:

R = 5V - 1.8V =  3.2V = 160Ω (NO MÍNIMO)

Polaridade dos LED´s

Pinos do Arduino

        Pin D8 =  LDR

        Pin D9 = led verde (5mm)

        Pin D10 = led amarelo (5mm)

        Pin D11 = led vermelho (5mm)

        Pin D12 = led olho direito (10mm)

        Pin D13 = led olho esquerdo (10mm)

        Pin Gnd = Terra 

OBSERVAÇÕES:

•A ligação dos 5 LEDs deve respeitar a polaridade, sempre a perna negativa ou mais curta voltada para a parte superior do Robô Ardu5.

• Os 6 resistores e o LDR não têm polaridade

•O LDR deve ser soldado na cabeça do robô.

•Os 7 pinos machos devem ser soldados à esquerda dos 8 orifícios dos pés do Ardu5.

•O único pino fêmea é soldado no orifício à direita dos pés Ardu5.

ARQUIVOS PARA DOWNLOAD

Códigos e tutorial

Imprimir em tamanho A4 (papel couché)
Desenho do Ardu5 está em escala real para ser recortado 

(8cm x 5,5cm) e colado na placa de circuito impresso.

Simulação do projeto no TinkerCad

Aulas usando o Scratch (S4A) do Professor Garcia

Baixe os Sprits das aulas aqui

CONTINUA ABAIXO, (CLIQUE EM "Mais informações")

Usando uma matriz de LEDs 8 x 8 (1088AS) com Arduino Uno COM MAX7219

 

    Como criar 'Evil Eyes' (olhos malignos) animados usando um Arduino Uno e duas matrizes de LED vermelho 8x8 com chip driver MAX7219.

    O design é tal que uma animação pode ser criada de forma rápida e simples usando o Microsoft Excel para desenvolver graficamente cada quadro animado, gerar automaticamente o código 'C', 'soltá-lo' em um esboço de estrutura (EvilEyes2.ino) e fazer a compilação para visualizar os resultados da animação ao vivo em segundos. 

Uma vez que a animação está correta, muitas animações podem ser combinadas para execução assíncrona em um esboço de estrutura separado (EvilEyesN.ino) para usar mais leds.

Nesse projeto usei os seguintes componentes:

Baixe a biblioteca para o Arduino LedControl no GitHub:

https://github.com/wayoda/LedControl/releases

Conexões:

As partes são conectadas como mostrado acima, 'encadeadas' da esquerda para a direita em grupos de dois. No software, a posição 1 está à esquerda, movendo-se para a direita de forma incremental.

Nota 1: Lembre-se de que o Arduino alimenta a parte inferior da matriz de LED (IN) e o topo da matriz de LED (OUT) alimenta a parte inferior da próxima matriz de LED (IN) e assim por diante etc.

Referência:

Instructables Steve Quinn

Vídeo Tutorial do Excel (Youtube)

O vídeo acima fornece uma visão geral 'muito' breve de como criar a animação.

Tabela Original em Inglês (Excel) para criação dos olhos

Baixe a tabela em Português

OBS: No código no final dessa postagem, já tem uma animação pronta, caso queira mudar, siga os passos abaixo:

1. Abra a planilha 

2. Clique na aba 'Source'. Para cada par de cores de 'Olhos', tem o pixel VERMELHO correspondente na matriz de LED 8x8 para que seja iluminado para este quadro de animação. 

3. Uma vez concluído, vá para a aba 'Detais' e preencha quantas animações você gostaria de codificar. Em seguida, pressione o botão 'Generate Code'.

4. Após a conclusão da geração, a planilha muda para a aba 'Code'. Basta pressionar Ctrl-A para selecionar tudo e, em seguida, Ctrl-C para copiar todo o código para a área de transferência.

5. Abra a IDE do Arduino. Em seguida, cole por cima do código existente. Ctrl-V. 

6. Crie sua animação juntando vários quadros em um 'filme' (você só precisa usar o olho esquerdo como referência, o quadro escolhe automaticamente a próxima entrada na matriz para o olho direito), escolhendo quanto tempo deseja exibir o quadro e o brilho que você deseja que ele seja exibido na matriz 8x8.

7. Compile.

8. Repita os passos 6 e 7 até estar satisfeito com o seu 'filme'.

As instruções completas estão na planilha na aba marcada como 'Details'.

Observação: Para que a geração automática de código funcione, a planilha precisará ter as macros ativadas. Se você está preocupado com o VBA, mantenha as macros desativadas, abra a planilha e pressione Alt-F11. O editor VBA será aberto e você pode se certificar de que não há nada de errado no código.

SOBRE O CÓDIGO

Tem dois códigos:

O código EvilEyes2 é para usar com 2 matrizes de leds e o código EvilEyesN é para 3 ou mais.

Importante observar que no código original desses links, talvez seja necessário alterar uma parte do código, onde está escrito:

'prog_uchar' troque por 'const unsigned char'.

No arquivo EvilEyes2.ino, está na linha 69

e no arquivo EvilEyesN.ino está na linha 103.

Isto é devido a atualização do Arduino IDE

Montando o Filme

Um filme é apenas uma sequência de quadros animados;

A sequência de quadros é mantida em uma matriz de 'frames' 

('frameType' no esboço) ou 'movie' ('frameType movie[ ]' no esboço).

Cada 'frameType' tem três parâmetros:

int frameCount; // Um ​​ponteiro para o array contendo as animações que você acabou de projetar.

int frameDelay; // Um ​​valor de atraso em milissegundos indicando quanto tempo exibir este determinado quadro.

frameLuminance; // um valor 0...15 indicando o brilho para exibir este quadro.

Portanto, um filme é uma coleção de quadros;

frameType movie[ ] = { // Piscar {LeftEye2,6000,1}, {LeftEye2,5,1}, {LeftEye3,10,1}, {LeftEye4,10,1}, {LeftEye3,10,1}, {LeftEye2,5,1} };

Veja também um tutorial Matriz de Leds 8x8 SEM MAX7219

https://laboratoriomaker.blogspot.com/2023/02/usando-uma-matriz-de-leds-8-x-8-1088as.html

Código para o par de olhos:

// // D10 = Digital O/P CS Pin // D11 = Digital O/P Clock Pin // D12 = Digital O/P Data Pin // #include <avr/pgmspace.h> #include <LedControl.h> const int numDevices = 2; // number of MAX7219s used const int dataPin = 2; const int clkPin = 4; const int csPin = 3; LedControl lc=LedControl(dataPin,clkPin,csPin,numDevices); // Drop this code into Arduino development environment #define LeftEye1 0 #define RightEye1 1 #define LeftEye2 2 #define RightEye2 3 #define LeftEye3 4 #define RightEye3 5 #define LeftEye4 6 #define RightEye4 7 #define LeftEye5 8 #define RightEye5 9 #define LeftEye6 10 #define RightEye6 11 #define LeftEye7 12 #define RightEye7 13 #define LeftEye8 14 #define RightEye8 15 #define LeftEye9 16 #define RightEye9 17 #define LeftEye10 18 #define RightEye10 19 #define LeftEye11 20 #define RightEye11 21 #define LeftEye12 22 #define RightEye12 23 #define LeftEye13 24 #define RightEye13 25 #define LeftEye14 26 #define RightEye14 27 #define LeftEye15 28 #define RightEye15 29 #define LeftEye16 30 #define RightEye16 31 #define LeftEye17 32 #define RightEye17 33 #define LeftEye18 34 #define RightEye18 35 #define LeftEye19 36 #define RightEye19 37 #define LeftEye20 38 #define RightEye20 39 typedef struct { const unsigned char array1[8]; } binaryArrayType; binaryArrayType binaryArray[40] = { { // LeftEye1, 0 B01111110, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B10000001, B10000001, B01111110 }, { // RightEye1, 1 B01111110, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B10000001, B10000001, B01111110 }, { // LeftEye2, 2 B00000000, B00111100, B01000010, B01011010, B01011010, B01000010, B00111100, B00000000 }, { // RightEye2, 3 B00000000, B00111100, B01000010, B01011010, B01011010, B01000010, B00111100, B00000000 }, { // LeftEye3, 4 B00000000, B00111100, B00100100, B00110100, B00110100, B00100100, B00111100, B00000000 }, { // RightEye3, 5 B00000000, B00111100, B00100100, B00110100, B00110100, B00100100, B00111100, B00000000 }, { // LeftEye4, 6 B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00000000 }, { // RightEye4, 7 B00000000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000 }, { // LeftEye5, 8 B01111110, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B10000001, B10000010, B01111100 }, { // RightEye5, 9 B01111100, B10000010, B10000001, B10011001, B10011001, B10000001, B10000001, B01111110 }, { // LeftEye6, 10 B01111110, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B10000010, B10000100, B01111000 }, { // RightEye6, 11 B01111000, B10000100, B10000010, B10011001, B10011001, B10000001, B10000001, B01111110 }, { // LeftEye7, 12 B01111110, B11000001, B10000001, B10011001, B10011010, B10000100, B10001000, B01110000 }, { // RightEye7, 13 B01110000, B10001000, B10000100, B10011010, B10011001, B10000001, B11000001, B01111110 }, { // LeftEye8, 14 B00111110, B01000001, B10000001, B10011001, B10011010, B10000100, B01001000, B00110000 }, { // RightEye8, 15 B00110000, B01001000, B10000100, B10011010, B10011001, B10000001, B01000001, B00111110 }, { // LeftEye9, 16 B01111110, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B10000001, B10000001, B01111110 }, { // RightEye9, 17 B01111110, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B10000001, B10000001, B01111110 }, { // LeftEye10, 18 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B10000001, B01111110 }, { // RightEye10, 19 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B10000001, B01111110 }, { // LeftEye11, 20 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B10000001, B01111110 }, { // RightEye11, 21 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B10000001, B01111110 }, { // LeftEye12, 22 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B01111110 }, { // RightEye12, 23 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10011001, B10011001, B01111110 }, { // LeftEye13, 24 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10011001, B01111110 }, { // RightEye13, 25 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10011001, B01111110 }, { // LeftEye14, 26 B00000000, B00111100, B01000010, B01000010, B01000010, B01011010, B00111100, B00000000 }, { // RightEye14, 27 B00000000, B00111100, B01000010, B01000010, B01000010, B01011010, B00111100, B00000000 }, { // LeftEye15, 28 B00000000, B00111100, B00100100, B00100100, B00100100, B00111100, B00111100, B00000000 }, { // RightEye15, 29 B00000000, B00111100, B00100100, B00100100, B00100100, B00111100, B00111100, B00000000 }, { // LeftEye16, 30 B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00000000 }, { // RightEye16, 31 B00000000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000, B00011000 }, { // LeftEye17, 32 B00010000, B00010000, B00010000, B00010000, B00010000, B00010000, B00010000, B00000000 }, { // RightEye17, 33 B00000000, B00010000, B00010000, B00010000, B00010000, B00010000, B00010000, B00010000 }, { // LeftEye18, 34 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10001101, B01111110 }, { // RightEye18, 35 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10001101, B01111110 }, { // LeftEye19, 36 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10000111, B01111110 }, { // RightEye19, 37 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10000111, B01111110 }, { // LeftEye20, 38 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10000011, B10000011, B01111110 }, { // RightEye20, 39 B01111110, B10000001, B10000001, B10000001, B10000001, B10000011, B10000011, B01111110 } }; typedef struct { int frameCount; // index pointer into binaryArray signifying animation frame int frameDelay; // Approx delay in MilliSeconds to hold display this animated frame int frameLuminance; // 0 ... 15, The intensity of the led matrix for a given frame } frameType; frameType movie[] = { // Blink {LeftEye1,6000,1}, {LeftEye2,5,1}, {LeftEye3,10,1}, {LeftEye4,10,1}, {LeftEye17,100,1}, {LeftEye4,10,1}, {LeftEye3,10,1}, {LeftEye2,5,1}, // Full wide again {LeftEye1,3000,2}, // Frown {LeftEye5,5,3}, {LeftEye6,5,4}, {LeftEye7,5,5}, {LeftEye8,4000,11}, {LeftEye7,5,5}, {LeftEye6,5,4}, {LeftEye5,5,3} }; void delayMillis(int milliseconds) { for(int i=0; i < milliseconds; i++) delayMicroseconds(1000); } void setup(){ for (int x=0; x<numDevices; x++){ lc.shutdown(x,false); //The MAX72XX is in power-saving mode on startup lc.setIntensity(x,1); // Set the brightness to default value lc.clearDisplay(x); // and clear the display } } void loop(){ lc.setIntensity(0,3); lc.setIntensity(1,3); while (true){ for (int a = 0; a < (sizeof(movie)/sizeof(frameType)); a++) { for (int i = 0; i < 8; i++) { lc.setRow(0,i, binaryArray[movie[a].frameCount].array1[i]); lc.setRow(1,i, binaryArray[movie[a].frameCount+1].array1[i]); lc.setIntensity(0,movie[a].frameLuminance); lc.setIntensity(1,movie[a].frameLuminance); } delayMillis(movie[a].frameDelay); } } }

Usando uma matriz de LEDs 8 x 8 (1088AS) com Arduino Uno SEM MAX7219

 

1088AS

Material

Neste projeto vamos precisar de: