Revista Perspectiva Amazônica

Ano 3 N° 5 p.119-126

USO DA PLATAFORMA ARDUINO NO DESENVOLVIMENTO DE SOLUÇÕES

TECNOLÓGICAS PARA PESQUISAS DE DADOS ATMOSFÉRICOS NA
AMAZÔNIA

Adyson S. Moreira¹, Adelson M.Portela², Rodrigo Silva³

RESUMO
Neste trabalho apresenta-se os resultados obtidos utilizando-se da plataforma Arduino customizada
para medidas ambientais dentro de um projeto de pesquisa do Programa LBA em Santarém, PA. O
objetivo foi construir um sistema de armazenamento de dados e de leitura de sensores de
temperatura/umidade do ar, pressão atmosférica e concentração de CO2 para realizar sondagens
atmosféricas. Foram desenvolvidos dois protótipos em especial, uma microestação e um data-logger
usando o Arduino. Os resultados obtidos em teste de laboratório demonstram que o sistema
construído a partir da plataforma Arduino é robusto e confiável para realizar as medidas das variáveis
ambientais conjugadas remotamente por meio de uma interface ou coletando as informações.

ABSTRACT

This paper presents the results obtained using the Arduino platform customized for environmental
measures in a research project of the Program LBA Santarém, PA. the goal was to build a system of
data storage and reading sensor temperature/humidity, atmospheric pressure and CO2
concentration to perform atmospheric soundings. We developed two prototypes in particular, a
microstation and a data-logger using the Arduino. The results obtained in laboratory testing show
that the system built upon the Arduino platform is robust and reliable to perform measurements of
environmental variables combined remotely through an interface or collecting the information..

¹
Instituto de engenharia Geociência – Universidade Federal do Oeste do Pará (UFOPA)– Santarém – PA – Brasil; ² Instituto de engenharia Geociência –
Universidade Federal do Oeste do Pará (UFOPA)– Santarém – PA – Brasil; ³ Instituto de engenharia Geociência – Universidade Federal do Oeste do Pará
(UFOPA)– Santarém – PA – Brasil.

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I. Introdução

O Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA)

é um Programa de cooperação cientifica internacional liderada pelo Brasil que tem
estudado as mudanças climáticas e ambientais na Amazônia. O resultado desses
estudos tem contribuído para o entendimento dos mecanismos que regem os processos
de interação entre a superfície e a atmosfera, nos diferentes ecossistemas que
compõem o bioma Amazônico (LBA, 2012).
Em particular, uma pesquisa está sendo realizada na região de Santarém, PA,
estudando o impacto dos diferentes usos da terra nos fluxos superficiais de massa e
energia. Os resultados desde estudo poderão ser aplicados na consolidação de políticas
relacionadas ao uso sustentável dos recursos naturais na Amazônia (LBA, 2012).
Em especial, nesta pesquisa é desenvolvido o componente de inovação
tecnológica, voltado a realizar medidas e monitoramento em ambientes inóspitos e
isolados na Amazônia. Embora, os estudos conduzidos dentro do LBA estejam
baseados em instrumentação de alta tecnologia, em muitas situações os
pesquisadores necessitam customizar tanto a instrumentação quanto os aplicativos
(softwares) utilizados nas investigações cientificas. Desta forma, os pesquisadores
estão buscando alternativas tecnológicas com a capacidade de minimizar custos e
maximizar informações medidas pelos sensores e equipamentos.
O presente trabalho foi desenvolvido dentro desta pesquisa do Programa
LBA em Santarém, PA. Foi testada a plataforma Arduino como alternativa para o
desenvolvimento de uma solução capaz de atender a uma necessidade específica
gerada pela pesquisa. A plataforma Arduino foi customizada com um sistema de
gravação de dados em cartão SD e relógio e com sensores de medidas de temperatura
e umidade do ar, pressão atmosférica e concentração de CO2. Por ser uma
Plataforma open source, de fácil aprendizado e baixo custo operacional o Arduino
demonstra grande potencial para gerar soluções adequadas em pesquisas
ambientais. Neste contexto este trabalho apresenta alguns resultados obtidos
utilizando-se o Arduino como ferramenta de inovações tecnológicas.

II. Microcontroladores

O surgimento dos microcontroladores ocorreu por volta da década de 70, a

Intel baseada na arquitetura, utilizada até então em seus computadores, de um
microprocessador e seus periféricos, resolveu desenvolver um componente que
integrava em uma única unidade toda essa arquitetura (MARTINS, 2005).
Atualmente, os microcontroladores estão presentes na maioria dos
equipamentos eletrônicos, desde simples rádios a complexos sistemas de
automação residencial. A aplicação deste componente nos aparelhos eletrônicos
contribui na diminuição do seu valor de custo, pois o valor do chip é bem menor em
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relação às alternativas encontradas no mercado, além ser capaz de substituir um

grande número de outros componentes, contribuindo para compactação dos
equipamentos que utilizam esta tecnologia (ROBOTICA LIVRE, 2012)
Tooly (2007) considera um microcontrolador um computador de um único
chip construído para realizar tarefas de controle, como gerenciar um motor ou enviar
um dado para uma porta serial. Já Martins (2005) define os microcontroladores como
pastinhas inteligentes, dotadas de um processador, pinos de entrada/saída e uma
memoria. Podemos considerar então que os microcontoladores integram, em único
chip, elementos computacionais – como CPU, memórias ROM e RAM, contadores,
etc. - e que podem ser programados para realização de tarefas específicas.
Todos esses elementos tornam os microcontroladores hardwares
extremamente complexos, essa é a principal característica que diferencia os
microcontroladores dos microprocessadores (MARTINS, 2005).
Em comparação aos microprocessadores os microcontroladores são
considerados menos poderosos, pois seu conjunto de instruções é limitado e mais
simples, sua frequência de clock e espaço na memoria endereçada são relativamente
menores. A programação usada nos microcontroladores é mais fácil, porque o acesso
aos periféricos externos ao chip é feito por uma forma padronizada e integrada na
linguagem de programação (DERNADIN, 2008).
Os modelos mais populares no mercado são os da família 8051(fabricado
pela intel), PIC (fabricado pela Microchip), AVR (da Atmel), BASIC Stamp
(fabricado pela Parallax) e o BASIC Step (fabricado por Tato equipamentos)
(DERNADIN, 2008).
Os microcontroladores favorecem no desenvolvimento de novos projetos de
hadware e software, pois seu uso possibilita aos desenvolvedores usarem sua
criatividade e imaginação (MARTINS, 2005).
A utilização desses equipamentos facilita na concepção de novos softwares e
hardware mesmo para iniciantes, pois no passado a utilização de elementos da
eletrônica era sinônimo de elaboração de circuitos complexos e a maioria das
ferramentas eram destinadas para desenvolvedores mais experientes. Com passar do
tempo houve o barateamento dos microcontroladores, além da facilidade no seu uso,
no qual proporcionou o surgimento de ferramentas melhores e mais simples.

III. Arduino

O Arduino é uma plataforma de prototipagem de hardware eletrônica, que foi

criada em 2005 na cidade de Ivrea, na Itália, com intuito de ensinar Design de Interação,
uma disciplina que adota como principal metodologia a prototipação. Desde sua
criação o Arduino já vendeu mais de 150.000 placas oficiais e estima-se que o número
de placa-clones (não oficiais) vendidas, seja por volta de 500 mil em todo mundo
(MCROBERTS, 2011). Isso comprova a popularidade do projeto, que tem ganhado
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cada vez mais espaço desde desenvolvedores iniciantes a profissionais experientes.
A placa Arduino utilizada nesse projeto é a UNO, sendo a mais recente
versão, utilizando um chip Atmega8U2, diferente do chip FTDI utilizado na sua
predecessora, a Duemilanove. O chip Atmega possui menores custos que o FTDI,
reduzindo os custos da placa, o mesmo também permite a atualização do firmware
do chip USB, possibilitando o reconhecimento do Arduino no computador como
ocorre com outros dispositivos, tal como mouse, joystick e etc.
De acordo com a pagina oficial do Arduino, a versão UNO possui 14 pinos
digitais de entrada/saída - dos quais 6 podem ser destinados como saídas PWM
(Modulação por Largura de Pulso) -, 6 são entradas analógicas, uma cristal oscilador
de 16 MHz, uma conexão USB, uma tomada de força, um cabeçalho ICSP(In-
Circuit System Programming) e um botão de reset (ARDUINO, 2005).

FIGURA 1
Arduino UNO

Fonte: http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno

Hoje no mercado existem inúmeras plataformas de desenvolvimento

microcontroladas, como por exemplo, PicStamp, Netmedias, Phidgts e MIT's
Handyboard, PorStik AVR. A escolha pelo uso da plataforma arduino está baseada
em diversos fatores, dos quais podemos destacar:
1. Facilidade na utilização: Pessoas de várias esferas podem aprender facilmente
conceitos básicos e criar seus próprios protótipos em um intervalo de tempo curto.
Além de haver uma grande comunidade em atividade que pode ajudar
compartilhando códigos, diagramas de circuitos e no auxilio a outros
desenvolvedores (MCROBERTS, 2011);
2. Custo benefício: o preço do hardware é relativamente mais barato em relação a
outras plataformas, além das versões oficiais do Arduino, como o Arduino Uno aqui
utilizado, existem diversas outras versões com preços menores. Outro ponto
importante está na substituição do microcontrolador queimado, a baixos custos,
possíveis erros acarretarão pequenos prejuízos (MASSIMO, 2011);
3. Multiplataforma: é um ambiente que pode ser executado nos sistemas
operacionais Microsoft Windows, Apple Macintosh e GNU/Linux. Grande parte das
outras plataformas de desenvolvimento estão limitadas ao Windows;
4. IDE de programação: seu principal ambiente de programação é baseado na IDE
de programação Processing, é considerado um ambiente de desenvolvimento fácil
de ser utilizado [MASSIMO, 2011). A linguagem utilizada para o desenvolvimento
122 é baseada em uma linguagem padrão, C/C++;
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5. Não utilização das portas seriais: O Arduíno é programado por meio do cabo
USB, não havendo a necessidade de uma porta serial. Este recurso é importante,
visto que a maioria dos computadores atuais não possuem portas seriais;
6. Hardware e Software são de fonte abertos: o diagrama do circuito está disponível
para download, se quiser o desenvolvedor pode comprar todos os componentes e
criar ou até mesmo aperfeiçoar seu próprio Arduíno totalmente compatível com os
shields e softwares desenvolvidos para a plataforma oficial (MASSIMO, 2011);
7. Bibliotecas de desenvolvimento: estão disponíveis para download bibliotecas
que permitem a interface com outros disponíveis, facilitando o desenvolvimento de
aplicações, tanto simples como complexas (ANDERSON, 2011);
8. Bootloader: por meio desta interface não há necessidade de uma programação à
nível de hardware;
9. Shields: Existem vários tipos de Shields, com diversas funcionalidades. Sua
utilização permite que o desenvolvedor estenda as funcionalidades do Arduino sem
se preocupar com a elaboração de circuitos eletrônicos.

IV. Desenvolvimento

A plataforma Arduino tem sido empregada no desenvolvimento de vários

protótipos, dentre eles podemos citar as microestações de pesquisas e os data-loggers
como protótipos que podem já ser utilizados dentro do projeto LBA.
O primeiro sistema consiste em uma microestação, que realiza a leitura de
sensores, estas microestações são empregadas em campanhas de pesquisa e
monitoramento em áreas de interesses dos pesquisadores, geralmente em áreas de floresta.
As microestações são constituídas de um Arduino ligado a um computador por
meio da porta USB e de sensores conectados às portas analógicas do mesmo, que coletam
informações de temperatura, umidade do ar e pressão. O código embarcado no Arduino

FIGURA 2
Tela de gráficos gerada pelo software

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realiza a leitura dos sensores e envia estas informações já processadas para o computador.
Para a visualização destes dados está sendo feita uma adaptação de um
software desenvolvido no próprio projeto. O software realiza a leitura de dados da
porta serial conectada ao equipamento responsável por captar as informações dos
sensores. Os dados são processados para geração de gráficos em tempo real. Na
FIGURA 2 é apresentado uma das telas gráfica do sistema.
O segundo sistema é um data-logger, em algumas pesquisas os dados são
coletados por meio de torres de fluxo dos sítios experimentais do projeto LBA, estas
torres são equipadas por data-loggers que armazenam os dados oriundos dos
sensores.
O sistema desenvolvido é dotado de um Arduino acoplado a um shield de
data-logger com um RTC ( Real Time Clock – Relógio de tempo Real). Toda a
comunicação com os sensores é feita pelo Shield. Os dados são coletados pelos
sensores e o Arduino responsável pela leitura dos sensores e pelo processamento das
informações. Todos os dados são armazenados em um arquivo tipo texto em um
cartão SD contido no Shield. Além dos dados dos sensores são armazenadas a hora e
data do armazenamento dos dados no arquivo.
Um item importante da estrutura do sistema é a alimentação, pelo fato de
alguns sítios estarem localizados em áreas remotas sem possiblidade de energia
elétrica, essa alimentação é realizada por meio de uma bateria de 12 volts ligada a um
regulador de 5 volts, esta voltagem é ideal para o uso do Arduino.

FIGURA 3
Shield de Data-logger acoplado ao Arduino

Fonte: www.ladyada.net/make/logshield/

V. Resultados

Os dois protótipos apresentados neste artigo estão em fase de teste dentro de um

projeto de pesquisa afiliado ao Programa LBA e já demostram ser alternativas eficientes
para soluções que requerem baixo consumo de energia e baixo custo operacional,
podendo chegar até a substituição de alguns equipamentos utilizados atualmente nas
pesquisas. Os principais pontos positivos obtidos pelo uso do Arduino são:
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1. Facilidade na locomoção da equipe e na instalação dos equipamentos: em
algumas campanhas de pesquisa a equipe precisa coletar dados em área de floresta,
instalar os equipamentos em torres ou utilizá-los em embarcações ou bóias fixas em
rios e lagos na Amazônia. Os equipamentos empregados hoje são de grandes
dimensões e peso e alto consumo de energia, isto acaba dificultando a
operacionalização nestes locais e o processo de captura de dados. O arduino é capaz
de substituir estes equipamentos, por ser pequeno, leve e de baixo consumo de
energia, facilitando no processo de coleta de dados e a operacionalização do sistema
de medidas;
2. Exibição dos dados em tempo real: partes dos equipamentos utilizados não são
capazes de apresentar informações em tempo real, onde os dados apresentados não
são processados, esses dados acabam sendo convertidos pelos próprios
pesquisadores. Através do uso de uma simples codificação e do Arduino torna-se
possível visualizar os dados no monitor serial da própria IDE do Arduino, já feita a
conversão para grandeza desejada. A plataforma também possibilita a fácil
implementação de Interfaces em vários tipos de linguagem, como Java, Android,
processing, Rubi, etc.;
3. Fácil adaptação: Alguns equipamentos usados nas pesquisas são de arquitetura
fechada, isso acaba não permitindo adaptação ou mesmo desenvolvimento de novas
funcionalidades (customização) que possam atender as necessidades especificas dos
pesquisadores. Por ser uma plataforma aberta o Arduino pode ser modificado ou
adaptado para uma função especifica;
4. Custo-benefício e Manutenção: Boa parte dos equipamentos é de alto custo. O
Arduino como já foi citado no artigo apresenta preço baixo de aquisição. Em relação
à manutenção em certos casos os equipamentos não são produzidos no Brasil ou
mesmo não existe peça para sua manutenção, já no Arduino todos seus componentes
são encontrados no mercado nacional.
Pretende-se aperfeiçoar ainda mais os protótipos destacados neste artigo, para
isso está sendo desenvolvida uma interface para dispositivos móveis na plataforma
Android que será usado nas microestações e para a comunicação do Arduino com uma
estação pretende-se usa uma conexão sem fio, no momento realiza-se estudos de qual
dispositivo usar para esta função, entre as possíveis estão os shield com modulo Xbee,
wifi ou bluetooth.
Também se pretende achar formas de adaptar a plataforma Arduino com
dispositivos já usados hoje na coleta de dados pelo LBA, mas que não são capazes de
transmitir estes dados por meio de uma conexão sem fio para uma estação.

VI. Conclusão

O Arduino demostrou ser uma alternativa viável para o desenvolvimento de

tecnologias especificas aplicadas em estudos ambientais, pois atende as principais
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necessidades do projeto como, preço, facilidade no desenvolvimento, fácil
integração com outros circuitos e sensores, vasta quantidade de Shields, e a
possibilidade de desenvolvimento de uma interface amigável tanto para PC como
para dispositivos moveis, através da integração JAVA.
Ao ultilizar o Arduino ficou claro a facilidade no desenvolvimento de
soluções, principalmente em relação a construção dos circuitos e na codificação de
software responsável por coletar e processar os dados. No desenvolvimento percebe-
se também o potencial da plataforma Arduino para solucionar os mais diferentes
tipos problemas não somente do LBA, como nas áreas agrícolas e nas indústrias.

Referências

ANDERSON, A. C. D. D. U. M. A.
2011 A placa Arduino: uma opção de baixar custo para experiência de fisíca.
Revista Brasileira de Ensino de Física. Março. Rio de Janeiro.

HOMEPAGE ARDUINO
2005 Arduino. Disponivel em: <http://arduino.cc/>. Acesso em 02 Abr. 2012.

DERNADIN, G. W.
2008 P r o f . G u s t a v o We b e r D e n a r d i n . D i s p o n i v e l e m :
<http://pessoal.utfpr.edu.br/gustavo/>. Acesso em 20 Mar. 2012.

LBA
2012 Projeto LBA. Site da LBA. Disponivel em:
<http://150.163.158.28/lba/site/>. Acesso em 01 Jan. 2012.

MARTINS, N. A.
2005 Sistemas Microcontrolados. 1° ed. Novatec.

MASSIMO, B.
2011 Primeiros passos com arduino. 1°. ed. São Paulo: Novatec.

MCROBERTS, M.
2011 Arduino básico. 1° ed. São Paulo: Novatec.

ROBOTICA LIVRE
R o b o t i c a L i v r e . D i s p o n i v e l e m :
<http://www.roboticalivre.com/index.php?option=com_flexicontent&view=item
s&cid=58&id=70>. Acesso em 15 Mar. 2012.

TOOLY, M.
2007 Circuitos Eletrônicos. 3° ed. Rio de Janeiro: Elsevier.

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