Projetos com LEDs

Hoje irei falar um pouco dos LEDs. Eles se comportam como diodos eletricamente comuns, mas com uma queda de tensão entre 1,5 a 2 Volts (para os LEDs vermelho, laranja e alguns verdes); 3,6 V para o azul e verde (alto brilho). Quando a corrente flui no sentido correto, eles acendem. Normalmente, de 2mA a 10mA produzem luminosidade adequada. LEDs são mais baratos do que lâmpadas incandescentes, duram praticamente para sempre e estão disponíveis em 4 cores padrão, além do branco que é normalmente um led azul com com um revestimento amarelo fluorescente.

Figura 1: Leds sortidos utilizados nos projetos.

LEDs precisam serem ligados de forma correta. O circuito de ligação deve ter o + para o ânodo e - para o cátodo. O cátodo é a ponta mais curta e deve ter um corte no lado da cápsula do LED. Se olharmos para o interior do led o ânodo é o elétrodo maior. Os LEDs podem ficar danificados por ligação incorreta ou na soldadura. Abaixo esquema de como o LED é representando no circuito elétrico e sua polaridade.

Figura 2: Esquema de um LED comum, sua representação no circuito e sua polaridade.

Além dos LEDs comuns, utilizamos também um especial chamado LED RGB. Em apenas um componente são combinados 3 LEDs um de cada cor R(red), G(green), B(blue). Esta combinação permite que, em função da intensidade de cada um individualmente, criar praticamente todo o espectro visível de cor. O tipo cátodo comum (mais comum) possui uma interligação entre os cátodos dos três LEDs, fazendo com que se torne apenas um. Já o tipo ânodo comum apresenta uma interligação entre os ânodos dos três LEDs, tornando-o apenas um, como é possível visualizar na figura abaixo.

Figura 3: (a) Led RGB; (b) Esquema do RGB anodo comum. 

LEDs também são utilizados em displays digitais, por exemplo, display numéricos de 7 segmentos ou de 16 segmentos (para exibição de letras ou números alfa numéricos) ou em display de matriz de pontos. 

Figura 4: (a) Display de 7 segmentos; (b) Display de 7 segmentos com 4 dígitos e (c) Display de 16 segmentos.

Figura 5: Matriz de pontos (8x8)

Porém, se mais do que dígitos ou caracteres devem ser exibidos, os LCDs são os mais preferidos. Eles vêm em matriz organizada em linhas, por exemplo, 16 caracteres por 1 linha ou até 40 caracteres por 4 linhas. Eles são baratos, de baixa potência e visíveis mesmo sob luz solar. 

Figura 6: (a) Display 16x2 fundo azul e (b) Display 16x4 fundo azul.

As principais funções de qualquer sistema que utiliza um microcontrolador (Arduino) é a de gerir algum processo e informar ao usuário. Mesmo em sistemas mais simples, precisa-se ter alguma interação com o mundo real para ter sentido de aplicação. 

Alguns sistemas não exigem a obrigatoriedade de interação dos usuários com eles – por exemplo, uma máquina de lavar roupa/louça ou uma máquina de fazer pão, executa um ciclo de trabalhos sem a necessidade de monitoramento do usuário – esses sistemas possuem características de sistemas que utilizam apenas atuadores. Outro exemplo de sistema simples, que não precisa de monitoramento constante, e que utiliza atuadores de sinalização é o semáforo. Como o foco desse post é tratar de assuntos referentes aos LEDs, iremos desenvolver alguns projetos simples que utilizam LEDs - em breve, iremos desenvolver alguns projetos que utilizam os displays das Figuras 4, 5 e 6. 

Projeto 1: LED controlado por botão de pressão

Materiais utilizados:

1 Protoboard;

1 Arduino;

Jumpers;

1 LED vermelho;

1 Botão de pressão;

1 Resistor de 10K Ohms;

1 Resistor de 150 Ohms.

Ligações:

O LED está conectado a entrada digital 9 do Arduino e ligado ao resistor de 150 Ohms. O botão com um resistor pull-down (resistor de 10K Ohms) conectado a uma entrada digital (pino 8 do Arduino) com uma das outras pontas ligada ao pino 5V do Arduino.

Esquema de ligação

Figura 7: Esquema de montagem do Projeto 1.

Programado o Arduino

Projeto Funcionando

Embora esse projeto seja muito simples, o entendimento dele é relevante para projetos futuros. Os botões são comumentes utilizados para ligar (fechar o circuito) ou desligar (abrir o circuito). O que temos de diferente nesse circuito é presença do botão conectado em uma ponta a um resistor (10K Ohms), a uma entrada digital (pino 8) e ao pino GND do Arduino, e, na outra ponta, ligado ao pino +5V do Arduino. Como o resistor está ligado ao GND (terra), dizemos que trata-se de uma ligação com resistor pull-down. Então, na posição inicial do circuito (circuito aberto), teremos o nível lógico LOW (baixo) já que o resistor está conectado ao GND (terra). Entretanto, quando pressionamos o botão, o nível lógico será alterado (nível lógico alto - HIGH). Isso ocorre porque a corrente elétrica vai fluir através do botão ao qual, nesta configuração, está ligado ao +5V do circuito. No código, utilizamos a função digitalRead(botao) que faz a verificação do sinal lógico da porta 8. Se for alto (HIGH), O LED acenderá; se for baixo (LOW), o LED permanecerá apagado. Observe que a mudança de nível lógico da entrada digital 9 (onde o LED está ligado) só é alterado se o botão for pressionado. No quarto projeto desse post utilizaremos novamente uma ligação com resistor pull-down.  Abaixo, o resultado do projeto (aproveite para curtir e seguir no Twitter).

Projeto simples: LED controlado por botão de pressão. pic.twitter.com/FwCVkxKuG5

— Sistemas Interativos Com Arduino (@com_arduino) June 21, 2020

Projeto 2: Semáforo Simples

Materiais utilizados

1 Arduino;

1 Protoboard;

Jumpers;

3 LEDs ( 1 vermelho, 1 verde e 1 amarelo)

3 Resistores de 150 Ohms;

Esquema de ligação

Figura 8: Esquema de montagem do Projeto 2.

Ligações:

Os LEDs estão conectados as entradas digitais 9, 10 e 11 do Arduino (entradas PWM) e ligados aos resistores de 150 Ohms. Faça as ligações corretamente antes de conectar o Arduino no computador.

Programado o Arduino

Projeto Funcionado

Ao ligar o Arduino, o LED vermelho fica aceso por cinco segundos, apaga-se, e em seguida o LED verde fica aceso por mais 5 segundos, apagando-se; o ciclo termina com o LED amarelo aceso por dois segundos. Através da função delay() é possível gerenciar o tempo para controlar os eventos (LED aceso ou apagado). Um versão mais complexa desse projeto é simular vários semáforos funcionando simultaneamente. 

Projeto: Semáforo Simples. pic.twitter.com/3P2d2Euf3n

— Sistemas Interativos Com Arduino (@com_arduino) June 21, 2020

Projeto 3: LED RGB (6 cores)

Materiais utilizados

1 Arduino;

1 Protoboard;

Jumpers;

1 LED RGB;

3 Resistores de 150 Ohms;

Esquema de ligação

Figura 9: Esquema de montagem do projeto 3.

Ligações:

O LED RGB está conectado às entradas digitais 9, 10 e 11 do Arduino (entradas PWM) e ligados aos resistores de 150 Ohms. Faça as ligações corretamente antes de conectar o Arduino no computador. Utilizei as cores  dos fios vermelha (9), verde (10) e azul (11) correspondentes as cores do LEDs - isso facilitará na hora de programar o Arduino.

Programado o Arduino

Projeto Funcionado

O sketch foi elaborado para o LED RGB piscar 6 cores (vermelho, verde, azul, amarelo, roxo e branco) com intervalos de um segundo. Após piscar a última cor, ele aguarda 5 segundos e torna a piscar novamente. Utilizamos as entradas digitais (9,10 e 11) PWM do Arduino o que nos permitiu misturar as cores para obtenção de outra diferente (cor roxa) do RGB. Para isso, utilizamos a função analogWrite (Observe as linhas 45, 46 e 47 do código). Abaixo o resultado final.

Projeto: LED RGB com Arduino (6 cores) pic.twitter.com/a5oSgPc9uD

— Sistemas Interativos Com Arduino (@com_arduino) June 22, 2020

Projeto 4: LED RGB 2 (cores aleatórias)

Materiais utilizados

1 Arduino;

1 Protoboard;

Jumpers;

1 LED RGB;

1 Botão de pressão;

3 Resistores de 150 Ohms;

Esquema da ligação:

Figura 9: Esquema de montagem do projeto 4.

Ligações:

O LED RGB está conectado às entradas digitais 9, 10 e 11 do Arduino (entradas PWM) e ligados aos resistores de 150 Ohms. O botão com um resistor pull-down (resistor de 10K Ohms) conectado a uma entrada digital (pino 8 do Arduino) com uma das outras pontas ligada ao pino 5V do Arduino.

Programado o Arduino

Projeto Funcionado

O projeto é semelhante aos demais. Utilizamos um resitor pull-down conectado a uma porta digital. Escrevemos um código para escolher cores aleatórias toda vez que pressionamos o botão. Abaixo o resultado final do último projeto. Abraços galera e boa leitura!

Projeto: LED RGB com Arduino (cores aleatórias) pic.twitter.com/v17oTfiIq5

— Sistemas Interativos Com Arduino (@com_arduino) June 22, 2020

Coloquei no vídeo o resumo dos 4 projetos. Abraços galera e boa leitura!