O que são os Nanoshields?

Os Nanoshields são um sistema de eletrônica modular. Com eles você pode combinar diferentes módulos e construir uma grande variedade de projetos eletrônicos para aprendizado, prototipagem rápida de um produto ou para seus projetos pessoais. Por exemplo: você pode detectar o pressionamento de um botão, acionar luzes ou LEDs, ler um sensor de temperatura, mostrar dados em um visor LCD, comunicar-se com um computador via USB ou via rede, entre outros.

Usando os Nanoshields você tem a vantagem de eliminar o excesso de fios no seu projeto e minimizar tarefas como solda e fixação de componentes. Assim você torna seus projetos mais elegantes, compactos e robustos. Além disso você pode reconfigurar os Nanoshields que você já possui em um novo projeto de forma muito rápida, sem se preocupar tanto com tarefas repetitivas e colocando a sua criatividade em primeiro lugar.

Nanoshields

Os projetos construídos com os Nanoshields quase sempre utilizam um microcontrolador, executando um software que controla os diferentes módulos. Para isso, pode-se usar o popular módulo Arduino, nas versões UNO, Duemilanove, Diecimila, Nano, Mega ou similares. Nós também oferecemos o Alevino, um Nanoshield que possui um microcontrolador compatível com a plataforma Arduino.

O software pode ser escrito utilizando-se a Arduino IDE, que é bastante popular e possui uma grande comunidade de usuários na Internet. Para controlar cada um dos Nanoshields, basta carregar as bibliotecas de código aberto que disponibilizamos, usando os exemplos e a documentação do nosso site para desenvolver o seu próprio software.

Como usar os Nanoshields

Os Nanoshields permitem que você desenvolva projetos eletrônicos de forma prática e dinâmica, facilitando a experimentação com diferentes configurações de hardware. Você pode facilmente trocar os módulos do seu projeto para adicionar ou remover funcionalidades, sem gastar muito tempo com fiação, solda e fixação mecânica dos componentes. Além disso, a montagem do seu projeto fica mecanicamente mais robusta, facilitando o seu uso na prática.

A seguir nós vamos mostrar um exemplo de como desenvolver um projeto usando os Nanoshields. Para isso, vamos construir o TempLog, um projeto de um medidor de temperatura com registro dos dados, incluindo data e hora. Você poderia usá-lo, por exemplo, para monitorar a temperatura de um local durante dias, meses ou anos, e depois recuperar os dados para mostrá-los em um gráfico ou tabela.

Escolha dos módulos

Vamos então determinar as funcionalidades necessárias para esse projeto nas subseções a seguir, e quais os módulos necessários para obter cada funcionalidade.

1. Medir a temperatura

Uma das formas de se medir temperatura eletronicamente é utilizando um sensor do tipo Termopar tipo K. O Nanoshield Thermocouple permite a integração de um desses sensores no seu projeto. Com ele é possível medir uma ampla faixa de temperaturas, de -270ºC até +1800ºC, com uma resolução de 0,25ºC.

Nanoshield Thermocouple

2. Obter data e hora da leitura

Para manter um registro correto de data e hora de cada leitura de temperatura, o ideal é usar um relógio de tempo real, ou RTC (real time clock). Um RTC é capaz acompanhar a data e hora do dia com um consumo de energia muito baixo, sendo normalmente alimentado por uma bateria própria e permitindo manter a hora certa por vários anos mesmo desconectado da rede elétrica. O Nanoshield Relógio de Tempo Real possui um RTC embutido com bateria própria e é a escolha ideal para essa funcionalidade.

Nanoshield RTCMem

3. Armazenar temperatura, data e hora

O próprio Nanoshield Relógio de Tempo Real citado no item anterior pode ser usado para armazenar o dados de temperatura, data e hora. Ele possui uma memória EEPROM integrada que pode ser usada para esse fim. A EEPROM é uma memória do tipo não volátil, que retém os dados armazenados mesmo sem estar conectada à energia elétrica. O resultado de usar a memória EEPROM em conjunto com o RTC é que você pode conectar e desconectar o seu monitor de temperatura de forma transparente, sempre mantendo a hora certa e sem nunca perder os dados já registrados.

4. Processamento dos dados

Para coordenar todas as partes de um projeto, incluindo sensores, atuadores e interfaces, muitas vezes faz-se uso de um microcontrolador. Essa é a abordagem padrão usada nos Nanoshields, e é um dos fatores que permitem desenvolver um sistema de hardware modular dessa forma.

O sistema Nanoshields é compatível com Arduino, e existem várias opções de microcontrolador que podem ser usadas:

No nosso exemplo vamos usar o Alevino, que é o Nanoshield compatível com Arduino que nós disponibilizamos. Ele possui um processador ATmega328 de 8 bits e 16MHz, e você pode programá-lo da mesma forma que um Arduino, utilizando a Arduino IDE, ou então usando ferramentas mais tradicionais de programação.

Nanoshield Alevino

5. Extrair os dados

Para coletar e observar os dados coletados de temperatura, data e hora, você pode usar o Nanoshield USB. Com ele você pode conectar o seu projeto ao seu computador via USB de uma forma muito simples. Ele cria para você uma interface serial padrão (porta COM), permitindo que você use um terminal serial qualquer ou um aplicativo próprio seu para visualizar os dados.

Uma outra funcionalidade importante do Nanoshield USB é que ele permite gravar o software no seu microcontrolador, caso você esteja usando um microcontrolador sem interface USB, como o Alevino.

Nanoshield USB

6. Interconexão dos módulos

Para conectar todos os módulos e criar de fato os seu projeto, você pode usar uma Base Board para Arduino. Ela possui uma série de slots em que você simplesmente encaixa os módulos que compõem o seu projeto.

Nesse exemplo nós usaremos 4 módulos, então podemos usar uma Base Board para Arduino padrão. Para outros projetos que precisem de mais módulos, pode-se usar uma versão com 6 slots, a Base Board L para Arduino.

Base Board para Arduino

Montagem do Projeto

Uma vez tendo todos os módulos em mãos, a montagem do hardware é muito simples: basta encaixar todos os módulos nos slots disponíveis na Base Board.

ATENÇÃO: ao conectar os Nanoshields à Base Board é muito importante utilizar a orientação correta, alinhando as marcas brancas da Base Board com as marcas brancas dos Nanoshields. Conectar um Nanoshield com a orientação invertida irá causar mal funcionamento e possibilidade de danos aos seus módulos. Veja o exemplo da figura abaixo: nele podemos notar que os Nanoshields ligados aos slots 1, 2 e 4 estão conectados de maneira correta, pois as marcas brancas da Base Board estão alinhadas com as marcas brancas dos módulos; já o Nanoshield ligado ao slot 3 está conectado de maneira errada, pois sua marca branca não coincide com a marca branca da Base Board.

Nanoshield montagem

Veja abaixo uma imagem do hardware completo com os módulos montados na Base Board:

Montagem do Projeto

Software

Após a montagem do hardware, é preciso escrever o software que vai instruir o microcontrolador a executar as tarefas necessárias para o projeto. Em linhas gerais, para este projeto, as tarefas são as seguintes:

  • Fazer a leitura da temperatura por meio do Nanoshield Thermocouple
  • Ler a data e a hora armazenadas do Nanoshield RTCMem
  • Montar uma estrutura de dados para armazenar temperatura, data e hora
  • Ler e escrever a estrutura de dados acima na memória EEPROM do Nanoshield RTCMem
  • Transmitir os dados coletados pela interface serial/USB

Para aprender como fazer as tarefas acima, veja mais detalhes na página do projeto TempLog. Lá você vai encontrar todo o código fonte do projeto e mais detalhes sobre como utilizar as bibliotecas de código aberto que disponibilizamos.

 

Conectores Polarizados

As placas do sistema Nanoshields produzidas a partir de junho de 2015 possuem conectores polarizados que impedem que os Nanoshields sejam conectados de forma invertida na Base Board, Base Board L e Base Boarduino.

Veja na imagem abaixo como ficam os conectores polarizados.

Conectores polarizados do Nanoshield

Os conectores dos Nanoshields são formados por duas fileiras de 15 pinos espaçados 0,1" (2,54mm) entre si (pitch de 2,54mm). A distância entre o eixo central das duas fileiras é de 0,6"  (15,24mm). Esse tipo de conectorização é muito prático por permitir o uso em protoboards, placas perfuradas e cabos com pitch de 0,1".

No esquema de conectorização antigo, o fato de cada slot ser um conjunto simétrico permitia que os módulos fossem conectados de forma invertida, exigindo um nível de atenção extra na hora da montagem para evitar erros. A partir de junho de 2015 todos os módulos passaram a ser fabricados com conectorização polarizada, tornando os conectores assimétricos e impedindo a ligação invertida. Com essa mudança, um dos pinos de reset deixa de existir no conector macho, enquanto que no conector fêmea são usados polarizadores para bloquear o encaixe deste pino do lado invertido.

Visualizando placa pelo lado de cima, o pino polarizador é o terceiro pino a partir do canto superior direto (pino RS do lado direito). Veja as figuras abaixo ilustrando os novos conectores macho e fêmea.

Nanoshields

 

Nanoshields

Como converter um Nanoshield não polarizado

Se você possui um shield mais antigo e quer utilizá-lo com uma placa base que segue o padrão novo com polarizadores, basta cortar o pino com um alicate, conforme a figura abaixo. Procure usar um bom alicate e cortar bem rente à base do conector para obter um encaixe perfeito.

Nanoshields

Nanoshields

 

E agora?

Agora que você já sabe como usar os Nanoshields, navegue pela seção de módulos, escolha os seus Nanoshields e crie os seus próprios projetos!

Conheça também os Kits Nanoshield para quem quer começar: Kit Nanoshields Iniciante Completo e Kit Nanoshields Iniciante Light