Arduino Esplora

Arduino Esplora
Este post faz parte da série Placas Arduino. Leia também os outros posts da série:

Desde o lançamento da plataforma Arduino foram desenvolvidas diversas placas com diferentes recursos, cada uma delas com diferentes características. Já apresentamos aqui alguns reviews de hardware Arduino exibindo os detalhes de cada circuito. O hardware do Arduino é Open Source e sempre temos acesso ao seus arquivos de projeto para análise.

 

Nesse artigo vamos apresentar a placa  Arduino Esplora, que foi adquirida em parceria com a loja FILIPEFLOP para nossa avaliação. É uma placa bem interessante, parecida com um controle de video game que possui diversos recursos on board que facilitarão o desenvolvimento de diferentes aplicações.

 

A seguir serão exibidos os recursos de hardware da Arduino Esplora mostrando detalhes dos principais componentes do circuito.

 

Arduino Esplora é derivada da Arduino Leonardo e usa o mesmo microcontrolador dessa placa, o ATmega32U4. Diferentemente das placas anteriores, a Arduino Esplora possui diversos sensores e interfaces de entrada e saída conforme exibido na figura 1 a seguir:

 

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Figura 1 -  Recursos da Arduino Esplora

 

Além de todos os recursos apresentados na figura 1, ela ainda possui a facilidade de comunicação USB, podendo interagir com o computador como se fosse um mouse, teclado ou até mesmo um Joystick. Para facilitar o uso desses recursos existe um guia no site do Arduino explicando a instalação para diferentes sistemas operacionais.

 

 

Alimentação

 

Diferentemente da Arduino Leonardo, a Arduino Esplora não possui conector P4 para alimentação com fonte externa e com tensões maiores que 5 V, que é a tensão de funcionamento da placa. A alimentação da Arduino Esplora é feita através do conector USB micro, conforme exibido na figura 2 a seguir:

 

2- alimentação

Figura 2 - Conector de alimentação

 

O circuito de alimentação não possui regulador de tensão para 5V, sendo necessário a alimentação por uma fonte estável de 5V, como o caso da USB do PC ou por uma fonte de 5V com conector USB micro. A figura 3 exibe o circuito de alimentação da Esplora:

 

3 - Circuito alimentação

Figura 3 - Circuito de alimentação

 

Conforme exibido na figura 3 acima, o circuito de alimentação não possui regulador de 5 V, porém apresenta alguns componentes que protegem a USB do computador em caso de alguma anormalidade.

 

Os dois varístores (Z1 e Z2) podem suportar picos elevados de SURGE e tensões elevadas de transientes rápidos. Seria preferível se, ao invés de varístores, fossem conectados diodos supressores de ESD que têm capacitância bem baixa, já que estão ligados a pinos rápidos de comunicação, mas o circuito funciona bem mesmo assim. O resistores de 22 Ω (RN2A e RN2D) limitam uma corrente resultante de alguma descarga elétrica eventual de um usuário em contato com o conector USB, resultante de transientes rápidos, protegendo, dessa forma, os pinos do microcontrolador.

 

O fusível resetável (F1) de 500 mA impede que a porta USB do computador queime, caso ocorra algum problema de projeto, uma falha no circuito ou ultrapasse a corrente de 500 mA quando a  placa estiver conectada ao computador. O ferrite L2 foi incluído no circuito para que ruídos da USB externa não entrem no circuito da placa Arduino, através do GND, também para fins de compatibilidade eletromagnética.

 

Existe também um circuito regulador de 3,3 V, essa tensão é utilizada para alimentar o circuito integrado do sensor acelerômetro.

 

Para indicação visual de alimentação é usado um LED verde, que acende quando a alimentação da placa é ligada.

 

 

Comunicação USB

 

Assim como a placa Arduino Leonardo, a comunicação USB é feita no mesmo microcontrolador que executa o Sketch, não havendo a necessidade de um conversor externo como acontece na UNO e outras.

 

O microcontrolador Atmega32u4, que é o protagonista dessa placa, possui comunicação USB integrada, assim não há a necessidade de um conversor USB serial, como ocorre em outras placas Arduino. Este recurso reduz o custo da placa. A USB pode operar como CDC device. Isso permite emular um teclado, mouse, joystick ou qualquer dispositivo CDC padrão de mercado. Observe que essa USB é device e é 2.0, ou seja, pode atingir velocidade de comunicação de até 12 Mbit/s. 

 

Para essa placa, a função joystick é interessantíssima, já que uma das propostas tanto pelos dispositivos e sensores contidos na placa, e também pelo seu formato, é funcionar mesmo como um controle de games - joystick.  

 

 

Microcontrolador

 

O microcontrolador utilizado na Arduino Leonardo, figura 4,  é o ATmega32U4, um microcontrolador de 8 bits da família AVR com arquitetura RISC avançada. Possui encapsulamento TQFP, que apenas permite a montagem em superfície, ou seja, é um componente SMD. Possui 32 KB de memória Flash (porém utiliza 4KB para o bootloader), 2,5 KB de SRAM e 1 KB de EEPROM.

 

4 - atmega32u4

Figura 4 - Microcontrolador Atmega32u4

 

 

Recursos de entrada e saída

 

A placa Arduino Esplora lembra um tradicional controle de video game com um joystick analógico à esquerda e 4 teclas na direita. Além disso ela possui diversos recursos de entrada e saída, tanto analógico quanto digitais, para serem explorados. A seguir serão apresentados detalhes de cada recurso.

 

 

Teclado e Joystick analógico


O joystick analógico e o teclado deixam a Arduino Esplora com aparência de controle de video game. Você pode utilizar essa interface de entrada para controlar robôs ou até mesmo um jogo no computador. A figura 5 exibe estas interfaces de entrada:

 

5 - joystick_teclado

Figura 5 - Joystick analógico e teclado

 

O circuito do joystick utiliza 3 sinais para interface com o microcontrolador. A figura 6 exibe os detalhes da ligação elétrica:

 

6 - circuito joystick

Figura 6 - Circuito do Joystick

 

Os três sinais do joystick não são ligados diretamente no Atmega32u4, eles estão ligados em um circuito multiplexador que será explicado mais à frente.

 

O teclado consiste de 4 teclas do tipo push-button. Cada tecla possui seu resistor de pull-up de 10 KΩ, que garante nível lógico alto quando a tecla está solta. Os sinais do teclado também estão ligados ao circuito multiplexador. Os detalhes do circuito do teclado são exibidos na figura 7, a seguir:

 

7 - circuito teclado

Figura 7 - Circuito do teclado

 

 

Potenciômetro Linear

 

Trata-se de um resistor variável montado em forma de slide, onde se pode variar a tensão de 0 a 5 V linearmente. O potenciômetro é apresentado na figura 8 a seguir:

 

8 - potenciometro

Figura 8 - Potenciômetro Linear

 

O circuito do potenciômetro é bem simples, tendo apenas um resistor variável e um capacitor para estabilização do sinal. O sinal do potenciômetro, assim como os sinais do teclado, é ligado ao circuito multiplexador. A figura 9 exibe o esquema de ligação do potenciômetro linear:

 

9 - circuito potenciomentro

Figura 9 - circuito potenciômetro linear

 

 

Microfone

 

A Arduino Esplora possui um circuito de microfone para capturar a intensidade sonora (amplitude) do ambiente. A figura 10 exibe a localização do microfone na placa:

 

10 - microfoneFigura 10 - microfone eletreto na placa

 

O elemento sensor é um microfone de eletreto que tem o sinal amplificado por circuito antes de ser ligado ao microcontrolador. A figura 11 exibe detalhes deste circuito.

11 - circuito microfone

Figura 11 - Circuito microfone

 

 

Sensor de Luz

 

Para monitorar a luminosidade ambiente a Arduino Esplora possui um sensor de luz. Com este sensor é possível monitorar a variação luminosa do ambiente de forma analógica. A figura 12 exibe o sensor na placa Arduino Esplora:

 

 Arduino Esplora

Figura 12 - Sensor de luminosidade LDR

 

Sensor de luz é ligado no circuito através de um divisor resistivo, já que o mesmo se comporta como um resistor variável com a intensidade de luz. A figura 13 exibe detalhes do circuito de ligação do sensor de luminosidade.

 

 Arduino EsploraFigura 13 - circuito sensor de luminosidade

 

Nota-se na figura 13, o circuito possui 3 sensores, porém na montagem existe apenas um. Eles previram a montagem de 2 tipos de sensores, ou seja, existe pads para montagem tanto de um LDR quanto de um fototransistor.

 

 

Sensor de Temperatura

 

Também é possível monitora a temperatura ambiente com a Arduino Esplora através do sensor de temperatura, TMP36. Este é um sensor de temperatura linear, com saída proporcional à temperatura na escala Celsius. A figura 14 exibe a posição desse sensor na placa:

 

 Arduino Esplora

Figura 14 - Sensor de temperatura

 

Também é possível estudar o circuito elétrico para leitura deste sensor, como apresentado na figura 15. Possui poucos componentes externos e a sua saída analógica também é ligada ao circuito multiplexador antes de ser ligada ao microcontrolador. A figura 15 exibe o esquema elétrico para ligação e leitura de temperatura com esse sensor:  monitora a temperatura ambiente com a Arduino Esplora através do sensor de temperatura, TMP36

  Arduino Esplora

Figura 15 - Circuito sensor de temperatura

 

O sinal do sensor também passa pelo circuito multiplexador antes de ser ligado ao microcontrolador.

 

 

Acelerômetro

 

Outro recurso bem interessante na placa Arduino Esplora é o acelerômetro de três eixo, oMMA7361LCR2. Com este sensor é possível medir a aceleração da gravidade em 3 eixos podendo utilizar movimentos para controle ou monitoramento de objetos. A figura 16 exibe o circuito integrado montado na placa:

 

 Arduino Esplora

Figura 16 - Acelerômetro

 

O circuito do acelerômetro possui saída de três sinais analógicos, um para cada eixo (x,y,z). Conforme exibido na figura 17, os sinais passam por capacitor de filtro antes de serem conectados ao microcontrolador. O circuito também possui dois jumpers para configuração, um para selecionar o modo self test e outro para definir o fundo de escala de aceleração, 1,5 G ou 6 G.

 

Arduino Esplora

Figura 17 - circuito acelerômetro

 

 

Buzzer

 

A Arduino Esplora possui também um buzzer para saída de sinal sonoro. Este é um buzzer sem oscilador interno, dessa forma pode-se criar uma variedade de sinais sonoros através de modulação de frequência. A figura 18 exibe a localização do buzzer na placa:

 

 Arduino Esplora

Figura 18- Localização do buzzer na placa

 

O circuito para acionamento do buzzer é exibido na figura 19. Nota-se que a alimentação do buzzer é 5 V e possui um transistor para driver de corrente:

 

 Arduino Esplora

Figura 19 - Circuito de acionamento do buzzer

 

 

LED RGB

 

Outro grande diferencial da Arduino Esplora é trazer montado a placa um LED RGB. Com este LED é possível criar diversas cores e variados efeitos visuais. A figura 20 exibe a montagem deste LED na placa:

 

 Arduino Esplora

Figura 20 - LED RGB

 

O circuito de acionamento dos LEDs é exibido na Figura 21. Note que cada LED tem o seu resistor limitador de corrente, que estão ligados ao terminal ânodo de cada LED.  Os catodos são ligados em comuns ao GND.

 

 Arduino Esplora

Figura 21 - Circuito de ligação LED RGB

 

 

Entradas  e saídas para TinkerKit

 

Com a Arduino Esplora é possível ampliar os seus recursos usados os conectores para padrão TinkerKit. Assim é possível conectar a módulos de entradas e saídas. Os conectores são exibidos na figura 22:

 

 Arduino Esplora

Figura 22: Conectores de entrada e saída TinkerKit

 

Cada conector possui um sinal de 5V, GND e um sinal para saída ou entrada. Os sinais dos dois conectores para chamados de saídas, são ligados diretamente no microcontrolador, podendo utilizar estes, como entrada ou saídas digitais conforme configuração do pino do microcontrolador. Já os sinais dos conectores de entradas são ligados o circuito multiplexador, podendo ser utilizados tanto para entradas digitais como analógicas. A figura 23 exibe o circuito para estes conectores:

 

 Arduino Esplora

Figura 23 - Circuito conectores TinkerKit

 

 

Conector de expansão

 

A Arduino Esplora possui também um conector de expansão, porém este conector não possui a mesma pinagem do Arduino UNO ou Leonardo. Com este conector é possível ligar um display TFT, preparado para essa pinagem assim como interface para cartão SD já que nesse conector estão presentes os sinais da SPI. A figura 24 exibe este conector na placa:

 

 Arduino Esplora

Figura 24 - Conector de expansão

 

Multiplexador analógico

 

Para utilizar a a grande quantidade de sensores, foi utilizado no circuito um multiplexador analógico, o 74HC4067D. Com esse CI é possível utilizar apenas uma entrada para leitura de até 16 sensores. Conforme foi apresentado a maioria dos sensores estão ligados a este CI, exceto o acelerômetro. Quando se quer ler um dos sinais, o endereço da entrada é inserido nos bits de endereço (MUXA, MUXB, MUXC, MUXD) e o sinal e conectado à entrada A4 do microcontrolador. A figura 25 exibe o esquema de ligação deste circuito integrado na Arduino Esplora:

 

Arduino Esplora

Figura 25 - Circuito multiplexador

 

 

Pinagem

 

A figura 26 exibe os recursos e pinos da Arduino Esplora. Essa imagem está disponível no fórum Arduino e foi desenvolvida pelo usuário pighixxx.

 

 Arduino Esplora

Figura 26 - Pinagem e recursos Arduino Esplora.

 

 

Biblioteca Esplora

 

Para facilitar o desenvolvimento de aplicações para a Arduino Esplora foi desenvolvida uma biblioteca dedicada a ela que contem métodos para leitura de sensores e escrita nos dispositivos de saídas presentes na placa.

 

Essa biblioteca já vem na instalação da IDE Arduino e para ter acesso à documentação e exemplos visite a pagina da biblioteca Esplora.

 

 

Conclusão

 

A placa Arduino Esplora apresentou uma grande variedade de recursos para aplicações diversas. O seu hardware foi bem otimizado explorando os recursos do microcontrolador e apresentando uma grande variedade de interfaces de sensores e dispositivos de saída.

 

Outro ponto interessante da Arduino Esplora é a facilidade de comunicação com o computador podendo interagir como interface para controle de jogos e aplicações.

 

É uma ótima plataforma para iniciantes onde é possível a utilização de diversos recursos on-board e o uso de bibliotecas. A partir dessa biblioteca o iniciante pode entender o funcionamento do hardware e ter uma base para aplicações futuras.

 

 

Saiba mais

 

Baixe os arquivos de referência e o esquema elétrico da Arduino Esplora.

 

Compare o hardware da Arduino Esplora com o hardware já apresentado aqui sobre a Arduino Leonardo. Verifique também a diferença entre essas duas placas e a Arduino UNO.

 

Arduino - Primeiros Passos

Arduino UNO

Arduino - Entradas/Saídas digitais

 

 

Referências

 

Arduino Esplora

Guide Arduino Esplora

Atmega32U4

microfone Eletreto

MMA7361LC

TMP36

TinkerKit

 74HC4067

 Fórum Arduino - Unofficial Esplora Pinout Diagram

usário pighixxx

Página da biblioteca Arduino Esplora

Arquivos de referência

Esquema elétrico

 

 

 

 

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Fábio Souza
Engenheiro com experiência no desenvolvimento de projetos eletrônicos embarcados. Hoje é diretor de operações do portal Embarcados, onde trabalha para levar conteúdos de eletrônica, sistemas embarcados e IoT para o Brasil. Também atua no ensino eletrônica e programação pelo Brasil. É entusiastas do movimento maker, da cultura DIY e do compartilhamento de conhecimento, publica diversos artigos sobre eletrônica e projetos open hardware, como o projeto Franzininho Participou da residência hacker 2018 no Redbull Basement. Quando não está ministrando palestras, cursos ou workshops, dedica seu tempo “escovando bits” ou projetando placas eletrônicas.

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