Como fazer um Arduino Standalone avançado

Aprenda neste tutorial como montar o seu Arduino Standalone de uma forma mais robusta e completa.

Como fazer um Arduino Standalone avançado.

Para os hobbystas e profissionais da área que apreciam um bom projeto embarcado, desenvolvemos uma nova versão do Arduino Standalone, mais completo e robusto. Se você ainda não conhece o Atmega328p e a arquitetura de microcontroladores AVR, recomendamos que dê uma olhada na primeira versão, onde é apresentado todos esses conceitos básicos.

Motivação para a nova versão

A primeira versão do nosso Arduino Standalone apresenta alguns problemas, principalmente no módulo USB Serial Ch340/Ch340g, para chegar a esta conclusão foram executados vários testes de flood nas comunicações TX e RX, resultando em um delay indesejável na aplicação, para contornar este problema utilizamos um módulo USB Serial FTDI FT232 que fornece comunicação serial e tensão +5V. Porém o módulo Ch340g ainda é favorável em projetos simples para enviar firmwares ao Atmega328p e que não exigem esse tipo de flood.

O módulo de fonte foi retirado do projeto, tendo como objetivo a compatibilidade em PCI (Placa de Circuito Impresso), para isso foi desenvolvido uma fonte fixa de +5V e +3.3V, adicionando reguladores de tensão e capacitores no protoboard, além disso é possível implementar uma entrada VIN.

Na versão anterior não era possível alimentar o circuito utilizando a tensão da porta USB, para esse fim foi projetado um circuito de chaveamento entre as tensões do USB e da fonte para permitir fazer essas ligações ao mesmo tempo sem prejudicar os outros componentes.

Lista de materiais

Anote a seguinte lista com os componentes necessários para montar o Arduino Standalone avançado.

  • 1 Microcontrolador Atmel Atmega328p
  • 1 Módulo USB Serial FTDI FT232
  • 1 Regulador de tensão LM7805 (Package TO-220) de preferência com dissipador
  • 1 Regulador de tensão LM1117 (Package TO-220) de preferência com dissipador, mica e parafuso com arruela isolante
  • 1 Cristal de 16 MHz
  • 2 Capacitores cerâmicos de 22 pF de preferência NPO
  • 3 Capacitores cerâmicos de 0.1 uF ou 104
  • 1 Capacitor eletrolítico de 1000uF de 25V
  • 2 Capacitores eletrolíticos de 100uF de 16V
  • 1 Capacitor eletrolítico de 470uF de 36V
  • 1 Capacitor eletrolítico de 470uF de 10V
  • 1 Chave push button N/O de 2 ou 4 pinos
  • 1 Transistor BC547
  • 3 Resistores de 10K
  • 2 Resistores de 220 ohms
  • 2 Resistores de 470 ohms
  • 1 Resistor de 1K
  • 1 Resistor de 22 ohms
  • 1 Resistor de 47 ohms
  • 1 Relé DC 5V
  • 3 Diodos 1N4007
  • 1 Diodo 1N4148
  • 4 LEDs
  • Fios e jumpers M-M e M-F
  • 1 Protoboard de 830 furos
  • 1 Conector jack P4 (Opcional)

Esquemático

Esquemático Arduino Standalone Avançado.
Esquemático Arduino Standalone Avançado.
Arduino Standalone Avançado no protoboard.
Arduino Standalone Avançado no protoboard.

Para iniciar uma montagem qualquer em protoboard, placa ilhada/universal/perfurada ou PCI, a dica mais valiosa é conferir com calma mais de uma vez o esquemático para você não ter surpresas.

O processo de montagem deste projeto requer alguns cuidados, separamos uma lista com esses itens para uma melhor compreensão. 

1) Montagem dos reguladores de tensão no dissipador

O regulador LM7805 é o componente que mais esquenta do projeto, pois é aonde entra a tensão vinda da fonte de bancada ajustada com +9V ou até +12V. Para isso parafusamos o regulador em um dissipador. Outra dica interessante para os reguladores de tensão e até transistores maiores é soldar pinos machos para não estragar o protoboard na hora de encaixar.

O regulador LM1117 fornece tensão +3.3V, importante para alimentar módulos mais sensíveis, contudo é recomendado que adicione um dissipador. Antes de mais nada, é considerável ressaltar que a carcaça do LM1117 é VOut ou +3.3V, podemos testar utilizando um multímetro e será observado +3.3V no display, diferente do LM7805 que a carcaça é GND ou Common. Isso é um problema quando fixamos ele em um dissipador grande com outros reguladores e transistores que também possuem a carcaça VOut, a solução é isolar o regulador com um conjunto inseparável, o parafuso com arruela isolante e um pedaço de mica adequada para componentes eletrônicos. A mica é um mineral isolante amplamente utilizado na indústria e na eletrônica. Com este conjunto fixado no dissipador corretamente podemos medir com o multímetro e será mostrado no display 0V, sendo assim o problema será corrigido.

Clique nas imagens para ampliar.

2) Alimentação com fios de protoboard

Para ligar o Arduino Standalone com uma fonte de bancada, utilize dois fios M-M de protoboard, um vermelho na entrada do regulador LM7805 e o preto no GND. Possivelmente a sua fonte possui fios de alimentação com garras jacaré, conecte essas garras conforme as cores correspondentes aos fios M-M. Pronto! Verifique as ligações com atenção e ligue a fonte, o LED verde "Power" e o LED vermelho "Fonte" serão acessos se tudo estiver correto. 

Arduino Standalone Avançado - Fonte de bancada +9V.
Arduino Standalone Avançado - Fonte de bancada +9V.

3) Conector jack P4 para alimentação

Como está descrito na lista de materiais, o conector jack P4 é opcional. Porém se você possuir uma fonte adequada para Arduino, é interessante adicionar o jack para ficar mais fácil de plugar e livre de mal contatos e curtos. Normalmente os jacks são feitos para PCIs ou painéis, mas nada que dois fios cortados de protoboard não resolva o nosso problema. Com um multímetro setado em Ohms, coloque a ponta vermelha no pino central do jack e a ponta preta em uns dos terminais atrás do conector, encontre qual deles é o positivo, tendo essa informação pegue de preferência dois fios M-M de protoboard, um vermelho/rosa indicando positivo e um preto indicando GND e solde nos dois terminais do jack, é comum ficar um terminal sem soldar no conector. Pronto! Agora é só encaixar o preto no GND do protoboard e o vermelho/rosa na entrada do regulador LM7805, conforme o esquemático.

Conector jack P4 com fios para protoboard.
Conector jack P4 com fios para protoboard.

Testando com multímetro

Depois de tudo montado e revisado mais de uma vez com o esquemático em mãos, é hora de ligar e realizar os testes! Ligando na fonte de bancada ou de Arduino o LED verde "Power" irá acender, teste os terminais dos reguladores e veja se está saindo as tensões corretas. Observe também se está chegando tensão ao Atmega328p em seus respectivos pinos de alimentação. Também é bom testar o sistema de chaveamento com relé, ligue na USB e na fonte ao mesmo tempo, o LED vermelho "Fonte" irá acender, veja o pino VCC do módulo FTDI se não está chegando tensão. O LED do módulo é comum estar acesso com o cabo conectado no computador. Faça outros testes de sua preferencia para segurança.

Enviando firmwares via FTDI

Provavelmente seu microcontrolador esteja sem bootloader para testar a comunicação serial, dê uma olhada no tutorial de como gravar o bootloader no Atmega328p, depois de gravado você irá observar o LED amarelo "L" piscar 2 ou 3 vezes.  

Como estamos utilizando o módulo USB Serial FTDI FT232, precisamos instalar um driver para o sistema operacional Windows e a IDE do Arduino encontrar o módulo, acesse o site oficial FTDIChip, encontre CommentsAvailable as a setup executable, baixe a versão executável do driver e instale. Para você saber a referência da porta serial em que está o FTDI acesse o Gerenciador de Dispositivos e encontre Portas (COM e LPT).

Gerenciador de dispositivos do Windows 10 com a referência da porta serial do módulo FTDI.
Gerenciador de dispositivos do Windows 10 com a referência da porta serial do módulo FTDI.

Em sistemas GNU/Linux foi testado em um Ubuntu 18.04 LTS amd64, a comunicação serial funcionou na porta ttyUSB0 sem nenhum tipo de driver adicional ou modificação.

É claro, não se esqueça de colocar um LED com o catodo no GND e um resistor delimitador de corrente de 220 ohms entre o pino 15 do Atmega328p (porta 9 do Arduino Uno) e o LED. Qualquer dúvida dê uma olhada no tutorial de como piscar um LED no Arduino Uno.

Agora é a parte mais legal do projeto, é aonde vamos ver funcionando todas as funcionalidades. Para isso abra a IDE oficial do Arduino, na aba Arquivos escolha Exemplos, depois 01.Basics, abra os exemplos de Blink e Fade. Abrindo as duas janelas com estes códigos, configure a porta serial correspondente ao seu FTDI e selecione a placa Arduino/Genuino Uno. Teste o módulo enviando esses dois códigos e veja o resultado.

IDE Arduino com exemplos de Blink e Fade para teste do Arduino Standalone Avançado.
IDE Arduino com exemplos de Blink e Fade para teste do Arduino Standalone Avançado.

Veja o vídeo de testes do nosso protótipo Arduino Standalone versão 2.0 Avançado ou carinhosamente chamado de Infinity X funcionando no YouTube.

Comente qual foi a sua experiência em montar este projeto ou tire suas dúvidas!


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