Saiba como implementar um programa de Robótica Educacional em sua escola
Reprodução: Pixabay.
A robótica educacional tem se mostrado uma abordagem inovadora e eficaz para envolver os alunos no processo de aprendizagem. Ao combinar ciência, tecnologia, engenharia e matemática (STEM) com criatividade e resolução de problemas, a robótica educacional oferece uma oportunidade única para que os estudantes desenvolvam habilidades essenciais para o século XXI.
Neste artigo, exploraremos as possibilidades de implementação de programas de robótica educacional nas escolas. Discutiremos os benefícios da robótica educacional, forneceremos dicas práticas para sua implementação e destacaremos como a InovaEdu.tech pode ajudar as escolas nesse processo.
Continue a sua leitura, pois aqui você irá aprender tudo que precisa para iniciar o processo de implementação de um programa de Robótica Educacional em sua escola!
Benefícios da Robótica Educacional
A robótica educacional oferece uma série de benefícios para os alunos. Além de desenvolver habilidades técnicas, como programação e montagem de robôs, a robótica educacional também estimula o pensamento crítico, a criatividade, a resolução de problemas e a colaboração. Ela promove uma abordagem prática e experiencial da aprendizagem, onde os alunos têm a oportunidade de aplicar conceitos teóricos em contextos reais.
Além disso, a robótica educacional também ajuda a preparar os alunos para os desafios futuros do mercado de trabalho. As habilidades adquiridas nesse processo são altamente valorizadas em profissões relacionadas à ciência, tecnologia, engenharia e matemática, bem como em campos que exigem pensamento crítico e habilidades de resolução de problemas.
Dicas para Implementação de Programas de Robótica Educacional
1. Defina seus objetivos
Antes de iniciar a implementação de um programa de robótica educacional, defina claramente quais são os objetivos educacionais que você deseja alcançar. Determine se o foco será no desenvolvimento de habilidades técnicas, no estímulo à criatividade, no trabalho em equipe ou em outros aspectos.
2. Identifique recursos adequados
Pesquise e identifique recursos adequados que atendam aos objetivos definidos. Considere as faixas etárias dos alunos, a disponibilidade de equipamentos e o orçamento disponível. Procure opções flexíveis que possam ser adaptadas às necessidades da escola.
3. Capacite os educadores
É fundamental fornecer capacitação e suporte adequados aos educadores que irão implementar o programa. Ofereça treinamentos específicos sobre robótica educacional, suas metodologias e aplicações. Certifique-se de que os educadores se sintam confiantes para explorar a tecnologia e orientar os alunos.
4. Promova a integração curricular
Identifique oportunidades para integrar a robótica educacional em disciplinas existentes. Estabeleça conexões com os currículos de ciências, matemática, línguas e outras áreas, permitindo que os alunos apliquem conceitos aprendidos nas aulas em atividades práticas de robótica.
5. Estimule a criatividade e a resolução de problemas
Incentive os alunos a explorarem e experimentarem por conta própria. Forneça desafios abertos que os encorajem a encontrar soluções criativas para problemas complexos. Isso ajudará a desenvolver habilidades de pensamento crítico e a promover a autonomia dos estudantes.
6. Organize competições e eventos
Para engajar ainda mais os alunos, promova competições de robótica ou eventos em que eles possam apresentar seus projetos. Isso cria um senso de propósito e permite que os alunos apliquem suas habilidades em um contexto competitivo e colaborativo.
Como a InovaEdu.tech pode ajudar?
Implementar um programa de robótica educacional pode parecer um desafio, especialmente para escolas e secretarias de educação que estão começando nessa área. É aqui que a InovaEdu.tech pode ser sua parceira ideal. Nossa empresa é especializada na consultoria e implementação de programas de robótica educacional em escolas e secretarias de educação.
Oferecemos uma ampla gama de serviços, incluindo consultoria especializada, criação de espaços maker, laboratórios e formação de professores. Além disso, desenvolvemos projetos pedagógicos e planos de aula personalizados, adaptados às necessidades de cada instituição.
Com a InovaEdu.tech, sua escola pode contar com profissionais experientes e dedicados, comprometidos em promover a excelência na educação por meio da robótica educacional.
Conclusão
A implementação de programas de robótica educacional em escolas e secretarias de educação oferece oportunidades únicas para o desenvolvimento de habilidades essenciais nos alunos. Ao promover a criatividade, a resolução de problemas e o pensamento crítico, a robótica educacional capacita os estudantes para enfrentar os desafios do futuro.
Seguindo as dicas mencionadas neste artigo, as escolas podem iniciar o processo de implementação de programas de robótica educacional com confiança. E se você está procurando um parceiro especializado nessa área, a InovaEdu.tech está pronta para ajudar a sua instituição a alcançar todo o potencial da robótica educacional.
Entre em contato conosco e descubra como podemos trabalhar juntos para transformar a educação e preparar os alunos para um futuro repleto de possibilidades.
Reprodução: Prof. Ciro Chaves, diretor e fundador da InovaEdu.tech, esplana aos estudantes na Mostra de Robótica “Mundo da Robótica”.
Que a Robótica Educacional é uma abordagem pedagógica rica em aplicações, interdisciplinaridade e poderosa ferramenta para aquisição das habilidades do século XXI nós sabemos. Que os estudantes são apaixonados pelos trabalhos em Robótica, que são motivantes e engajadores, também sabemos. Que a Robótica promove a prendizagem significativa, também sabemos. Então, qual é a novidade?
A Secretaria Municipal de Educação do município de Itapetinga, na Bahia, firmou parceria exclusiva com a InovaEdu.tech para a implementação do primeiro Laboratório de Robótica das escolas públicas das regiões Sul e Sudoeste da Bahia, o Laboratório de Robótica Prof. Helder Ferreira. O espaço foi implementado no Centro Educacional e Cultural José Marcos Gusmão, utilizando os mais modernos equipamentos e Kits Didáticos personalizados para atender aos mais de 128 estudantes contemplados com as aulas gratuitas de Robótica Educacional.
Reprodução: Laboratório de Robótica Prof. Helder Ferreira, em imagens feitas pelo Prof. Nilton Cirqueira.
O design do espaço foi personalizado, de forma a atender os estudantes com bancadas de trabalho amplas para a confecção de projetos com placas eletrônicas, sensores e kits de robótica. Além disso, as bancadas são dotadas de computadores de última geração, para o desenvolvimento de simulações computacionais e projetos diversos de animações, games e sistemas robóticos e embarcados. Os estudantes do Colégio terão à disposição aulas oferecidas no contra-turno em que estudam, com disponibilidade de uso do transporte escolar municipal para o deslocamento.
O anúncio da implementação do programa de Robótica Educacional no município foi feito em primeira mão em evento de Mostra de Robótica, batizado de “O Mundo da Robótica” por um dos professores pertencentes ao quadro da Secretaria Municipal de Educação de Itapetinga, o Prof. Nilton Cirqueira, que se encarregará de lecionar as aulas para os estudantes contemplados. O Prof. Nilton foi um dos colaboradores do quadro da Secretaria de Educação que recebeu formação exclusiva da equipe da InovaEdu.tech, com uma formação autoinstrucional, propositiva e inovadora, hospedada na plataforma de cursos da InovaEdu.tech, em formação exclusiva para os clientes de consultoria de implementação de programas de Robótica Educacional InovaEdu.tech. Os professores contemplados com a formação garantem a expertise necessária para desenvolver os mais diversos projetos com os estudantes, com total autonomia, com técnica e criatividade, pois recebem formação com acesso a grupo de mentoria e desenvolvimento de projetos exclusivos, com acompanhamento dos nossos professores formadores.
Reprodução: Exposição de projetos na Mostra de Robótica “Mundo da Robótica”.
A proposta da Robótica no Município
Segundo o Prof. Ciro Chaves, diretor e fundador da InovaEdu.tech, o projeto tem tudo para ser um sucesso: Além de um seleto grupo de professores e técnicos da secretaria de educação do município, a expertise da InovaEdu, com experiência em implementação de programas de Robótica Educacional em Escolas e Secetarias de Educação, forma um time de peso para um belo trabalho com os estudantes do colégio. As aulas iniciarão em 28/03/2022, após um rigoroso critério de seleção dos estudantes contemplados nessa, até então, primeira fase do projeto, que certamente será ampliado na própria escola e, em um futuro próximo, em toda a rede municipal. A mostra, feita em 18/03/2022, mostrou um pouco do que vem por aí: Muita criatividade, STEAM, DiY, Cultura Maker e Aprendizagem Significativa que chegam à escola pública, com força total!
A InovaEdu.tech está presente em todos os níveis da implementação deste programa de Robótica Educacional, fornecendo o apoio técnico e pedagógico para a elaboração do programa, com projeto pedagógico, planos de curso e projetos interdisciplinares personalizados, desenvolvidos com exclusividade para atender a Secretaria Municipal de Educação de Itapetinga.
Reprodução: Mostra de Robótica “Mundo da Robótica”.
A Robótica Sustentável
A proposta fornecida pela InovaEdu.tech atende a requisito da Secretaria de Educação, que solicita um projeto sustentável, com foco no uso de ferramentas de mais baixo custo, mais acessíveis, além da possibilidade do uso de lixo eletrônico e materiais de sucata. Com criatividade, materiais que poderiam ir para o lixo podem compor partes e componentes dos projetos. Aqui, a criatividade é que vale: Palitos de picolé podem se transformar em uma plataforma, latas de refrigerante podem se transformar em tambores, e garrafas pet podem se transformar em um helicoptero dotado de motor e hélice verdadeiros. Plataformas como o Arduino formarão a base de sistemas embarcados, por serem plataformas opensource, confiáveis e robustas, apesar de possuirem custo relativamente baixo em comparação com outros kits de Robótica disponíveis no mercado. Segundo o Prof. Ciro Chaves, o Arduino é capaz de fornecer maior flexibilidade, pois pode ser programado com linguagem de programação em blocos, pode ser simulado de forma gratuita com softwares web, além de contarem com diversos módulos sensores e atuadores que possibilitam uma grande variedade de projetos,
Confira, abaixo, o vídeo promocional da campanha da implementação do Laboratório.
Agradecimentos especiais ao Secretário de Educação Geraldo Trindade e equipe, e ao prefeito Rodrigo Hagge, pela coragem, determinação e perfil visionário, por aplicarem grandes transformações na educação do município de Itapetinga.
Reprodução: Elaboração própria do autor via Tinkercad.
A Robótica é um campo fascinante, não só para os profissionais e futuros profissionais da área, mas para qualquer pessoa que deseje aprender a robótica para desenvolver importantes habilidades denominadas Soft Skills e Hard Skills, habilidades técnicas e comportamentais relacionadas à tecnologias digitais, inovação, comunicação, trabalho colaborativo e muitas outras. E engana-se que a Robótica é um campo complicado e destinada apenas a pessoas específicas. Atualmente há muitas ferramentas disponíveis que possibilitam a iniciação na Robótica sem conhecimentos avançados em Eletrônica e Programação. Hoje, por exemplo, iremos aprender como desenvolver uma aplicação com um sensor de luz: Quando o ambiente estiver escuro, automaticamente uma luz se ascende. Legal, né? Vamos fazer?
Escolhendo os componentes
Para este projeto, iremos utilizar a seguinte lista de componentes:
Quantidade
Componente
1 unidade
Arduino Uno R3
1 unidade
Fotorresistor ou LDR
1 unidade
Resistor 10 kΩ
1 unidade
Resistor 330 Ω
1 unidade
LED de qualquer cor
Reprodução: Do próprio autor
O ponto chave para este projeto está no sensor de luminosidade: O Light Dependent Resistor ou Resistor Dependente de Luz, que é um resistor que possui resistência variável em função da luminosidade. Há diversos materiais utilizados em eletrônica que possuem características físicas, químicas, elétricas, térmicas ou qualquer outra propriedade intrínseca variáveis. No caso do LDR, a sua propriedade de Resistência Elétrica varia em função da luminosidade ambiente. Geralmente aproveitamos dessas propriedades dos materiais para criar sensores diversos de aplicação em indústrias ou residências, por exemplo.
Compreendendo o princípio de funcionamento do LDR
Para conseguirmos compreender plenamente o princípio de funcionamento de um componente eletrônico, devemos observar o seu Datasheet, ou Folha de Dados. É nele que encontramos as principais informações técnicas. Claro que é necessário possuir conhecimento técnico para compreender plenamente as informações, mas se você chega até aqui como hobbista ou aprendiz, ou até mesmo como professor de Robótica, porém com um conhecimento não tão aprofundado assim, pode deixar conosco que iremos simplificar aqui para você, se for o caso!
Abaixo temos o Datasheet do LDR. Perceba que ao observar a seção Electrical characteristics, percebemos como funciona a variação da resistência elétrica do LDR em função da luminosidade, que é medida em Lux.
Como podemos perceber, quanto maior a luminosidade incidente no sensor, menor é a resistência elétrica do mesmo. A grande ideia aqui é nos aproveitamos desse fato e conseguir ler essa variação de parâmetro elétrico do componente com o Arduino, e identificando um certo nível de luminosidade (ou ausência dela) poderemos acionar um LED (que poderia ser uma lâmpada de verdade, por exemplo). Mas, como iremos ler a resistência elétrica do LDR? Na verdade, nós iremos trabalhar com a Tensão elétrica, conforme iremos explicar adiante.
Entendendo o Circuito Eletrônico e sua lógica de funcionamento
Inicialmente, devemos entender que há dois circuitos eletrônicos básicos envolvidos em nosso projeto: O circuito do sensor de luminosidade e o circuito de acionamento do LED. Caso o acionamento desejado fosse uma lâmpada de verdade, ou outro tipo de carga de maior potência, o circuito sensor seria o mesmo, o que mudaria seria o circuito de acionamento, já que uma interface de potência seria necessária entre Arduino e elemento a ser acionado. Tema para um próximo artigo.
Pois bem, a montagem dos dois circuitos pode ser vista neste quadro negro virtual elaborado pelo Professor Ciro Chaves em uma de suas aulas. O circuito sensor é formado por um circuito eletrônico básico muito utilizado em diversas aplicações, que é o circuito divisor de tensão. Basicamente, dois elementos resistivos são dispostos em série com a fonte de tensão, aqui sendo representado como os 5 V fornecidos pelo próprio Arduino. Os dois elementos resistivos são um resistor de 10 kΩ e o próprio LDR, que é um resistor variável, com resistência variando em função da luminosidade incidente. Conforme a luminosidade varia, a propriedade de resistência elétrica do sensor também varie, fazendo com que a tensão nele retida também varie. Cabe ressaltar que, no circuito divisor de tensão, a tensão elétrica fornecida pelo Arduino é dividida entre os elementos, de forma que, quanto mais luminosidade, menor a resistência elétrica no sensor, e consequentemente menor a tensão elétrica no sensor. Fizemos uma simulação no software de simulação de circuito Proteus, em uma versão de avaliação, para demonstrar o princípio. Inicialmente, a fórmula matemática que iremos utilizar para determinar a tensão sobre o LDR é a seguinte:
Nessa fórmula, temos a representação dos valores fixos de 5 V representando a tensão do Arduino e 10k representa a resistência série utilizada no circuito, de 10 kΩ em nosso projeto. Por exemplo, quando está totalmente escuro, de acordo com o Datasheet disponibilizado acima, a resistência do LDR vale 1 MΩ, ao passo que a tensão lida sobre ele será de 4,95 V (grave esse número):
Na outra ponta, em uma situação de iluminância de 1000 Lux (diga-se de passagem, com uma boa fonte de luz bem perto do sensor), temos pelo Datasheet disponibilizado que a tensão no sensor será de:
É justamente estes valores de tensão que variam em função da luminosidade e, consequentemente, da resistência variável do sensor, que iremos ler com o nosso Arduino. A simulação feita é apresentada abaixo, nas situações de fonte de luminosidade desligada e fonte ligada e bem próxima do sensor, simulando a situação de maior incidência de luminosidade sobre o LDR.
Reprodução: Do próprio autor via Proteus versão de avaliação.
Agora que explicamos o princípio básico de funcionamento do circuito com sensor, iremos comentar rapidamente sobre o circuito de acionamento do LED: Neste caso, faremos um circuito simples de um resistor série com um LED, onde iremos conectar este circuito em uma saída digital do Arduino, que iremos acionar em nível ALTO (ou 5 V ou Bit 1) para quando o sensor identificar um certo nível de tensão elétrica lida pelo sensor.
Reprodução: Banco de imagens PxHere.
Montando o circuito no Tinkercad
Com a lista de materiais fornecida acima, iremos efetuar a montagem dos componentes, fazendo os dois circuitos, do sensor e do LED, em separado. Utilizaremos uma entrada e uma saída no nosso Arduino, ou seja, a saída será uma porta digital que irá se conectar ao circuito do LED, sendo ela acionada quando definirmos em código, e uma entrada analógica, que será o sinal mensurado sobre o sensor LDR. Lembrem-se de que o sinal de saída é digital porque basta modificar o nível lógico de BAIXO para ALTO, ou de 0 para 1, para que um LED seja acionado. Enquanto que a leitura do sensor será feita por uma porta analógica, que pode assumir qualquer valor real e contínuo entre 0 e 5 V, resultando em 1024 níveis, de acordo com a resolução do conversor AD do Arduino. As portas utilizadas serão a porta digital 7, como saída, e a porta analógica A0, como entrada.
Portanto, para converter os valores de tensão de 0 a 5 V em níveis de 0 a 1023 dadas pela resolução do conversor AD do Arduino, teremos a seguinte fórmula:
Então, por exemplo, quando temos a situação anteriormente mostrada, com iluminância de 1000 Lux, resultando em uma resistência de 400 Ω e tensão de 0,19 V, teremos, de acordo com a fórmula acima:
Este valor será lido pelo Arduino e será o que tomaremos como base para determinar se estará escuro o suficiente para ligar o LED ou não. Neste caso, não precisaremos ser tão assertivos, pois à partir das noções aqui apresentadas, você poderá testar o seu código e utilizar valores de 0 a 1023 na condicional do seu código, como será demonstrado, para determinar a ação do LED. O circuito montado no Tinkercad pode ser visto no esquemático abaixo. Basta reproduzir igual fizemos.
Reprodução: Elaboração própria do autor via Tinkercad.
Hora de programar: Criando o código
O código é muito simples e curto, o que é uma grande vantagem em utilizar a linguagem de programação em blocos baseada no Scratch, pois o código fica muito didático e ideal para ser aplicado com crianças, jovens e até pessoas sem nenhuma familiaridade com programação.
Basicamente, iremos iniciar o código definindo o pino 7 (saída para o LED) como em nível BAIXO. Isso irá garantir que, ao iniciar o código, o LED inicie apagado. Em seguida, criaremos uma variável denominada sensor. A variável nada mais é do que um nome para um endereço, ou seja, iremos chamar de sensor o local na memória física do Arduino em que armazenaremos a leitura da tensão no sensor, que será um número de 0 a 1023, conforme já explanado anteriormente. Depois, precisaremos definir a variável sensor como a leitura do pino analógico A0. Após isso, basta adicionar a nossa condicional: Se a leitura no sensor for maior que 100, por exemplo, significa que está claro demais, e por isso iremos acender o LED. Caso essa leitura seja menor que 100, iremos julgar que já está claro o suficiente no ambiente, não sendo necessário acionar o LED. Simples, não?
Reprodução: Do próprio autor via Tinkercad.
Conclusão
Que projeto maneiro! Conseguimos, com uma explicação simples e didática, utilizando equações matemáticas básicas, explicar com um nível de profundidade suficiente o princípio de funcionamento deste circuito com sensores. A grande importância em se trabalhar com elementos sensores é, justamente, poder utilizar circuitos eletrônicos, Internet das Coisas e demais tecnologias para poder interagir com o meio, por meio de sensores e atuadores. E isso é só o começo! Com essa técnica simples, estaremos aptos a nos comunicar com diversos sensores de temperatura, umidade, pressão, vazão, e muito mais, podendo exercer ações específicas e tomadas de decisão, a depender das leituras dessas variáveis.
Caso você queira partir para a prática para já, disponibilizamos o nosso projeto no Tinkercad para você simular agora mesmo, ou copiar para a sua conta e poder fazer as modificações que quiser! Inclusive, recomendamos fortemente este exercício para que possas treinar bastante!
Disponibilizamos, também, um video explicando todo o passo a passo desenvolvido nesta simulação, com maior foco na prática de montagem e desenvolvimento do código.
Reprodução: InovaEduTech Channel (YouTube).
Bom, é isso. Não deixem de acompanhar o próximo artigo desse projeto, onde iremos fazer a montagem prática, em um Arduino real. Até lá!
Prof. Ciro Chaves
O Prof. Ciro Chaves é Bacharel em Engenharia Eletrônica, Mestre em Modelagem Computacional e Especialista em Educação Digital. É um professor ávido por Tecnologia e Robótica.
Finalmente chegamos ao episódio final da nossa série de Posts sobre o nosso projeto da Lixeira Inteligente! Depois de estudarmos como escolhemos os componentes, simularmos o circuito eletrônico e montarmos o circuito prático do protótipo com Arduino e Protoboard, iremos estudar como montar a lixeira em si, adicionando os componentes eletrônicos necessários para o seu funcionamento. Legal, né? Venham conosco e vamos aprender agora mesmo!
Quer se atualizar sobre os artigos anteriores desta série? Não perca a Parte 1 e a Parte 2 e monte já a sua própria Lixeira Inteligente, programada por você! Boa leitura!
Preparando a montagem da Lixeira
A escolha dos materiais para a construção da sua Lixeira Inteligente está diretamente ligada à escolha dos componentes eletrônicos. Por exemplo, quando escolhemos o motor Microservo que utilizamos no projeto, temos que estar atentos à carga que esse motor deve suportar. Por isso, para que haja torque suficiente para movimentar a tampa da lixeira, é importante que escolha uma lixeira leve e plástica, para possibilitar que possamos fazer os furos para encaixe dos componentes. Em nosso caso, escolhemos uma lixeira plástica comumente encontrada em supermercados, leve e fácil de desmontar e adaptar os componentes eletrônicos.
Basicamente, foi necessário fazer furos laterais para o encaixe do motor e passagens dos cabos, além de um furo frontal para encaixe do sensor de distância ultrassônico utilizado. Aliás, bem que os “olhos” deram uma cara para a Lixeira, não é mesmo? Acho que vale a pena até tentar desenhar um rosto, que tal? Vamos usar a criatividade?
Detalhe da fixação de haste metálica ao eixo do motor e tampa da lixeira.
Detalhe interno da fixação do sensor de distância ultrassônico.
Furo lateral para passagem de fiação.
Fixação do motor responsável por movimentar a tampa da lixeira.
Alocação do sensor de distância ultrassônico na parte frontal.
Lixeira Inteligente Montada.
Reprodução: Do próprio autor.
A escolha deste modelo, de tampa móvel, é importante, como mencionado, para que o motor possa realizar o movimento. Temos que nos lembrar que este é um motor de pequeno porte. Além do mais, caso o interesse seja de usar uma lixeira maior ou mais pesada, provavelmente será necessário, além de um motor de maiores dimensões, uma fonte externa para alimentar a sua placa Arduino. Lembre-se de que a placa alimentada via cabo USB do seu Notebook não fornece energia suficiente para um motor maior desenvolver o seu torque. Fiquem atentos a este detalhe!
Em relação ao eixo do motor, atente-se de que estes motores possuem em seu kit pequenas peças plásticas com furinhos em que você pode encaixá-los em seu eixo. Utilize essa peça para poder acoplar uma haste metálica – pode ser um pequeno arame – no eixo e na tampa do motor, conforme detalhe nas imagens anteriores. Lembre-se de que este é apenas um dos métodos, e aqui a criatividade comanda!
Tudo pronto! Analisando o funcionamento
Muito bem! Depois de escolher o modelo e alocar os furos e montar o aparado para movimentar a tampa da lixeira, o seu protótipo está pronto para ser testado! Aqui, vai uma observação: A vida real é um tanto quanto diferente das simulações e do mundo “ideal”. É necessário ajustar os delays que ajustam os tempos de acionamento do atuador e o quanto a lixeira permanecerá aberta, por exemplo. É necessário, nesta etapa, efetuar testes práticos e ir ajustando o seu código, conforme testa. Ajuste, programe de novo o Arduino, e repita o processo até encontrar os instantes de tempo ideais para a sua execução!
Conclusão
Parabéns! Você acabou de montar a sua própria Lixeira Inteligente. Não é demais? Realmente, é fascinante quando algum projeto de Robótica toma vida própria e sai do campo da ideia e da simulação para a realidade. Agora você pode ter uma lixeira prática no seu quarto. Aliás, se você é professor ou professora de Robótica, pense em ideias para usar este projeto com seus alunos! Temos muitas abordagens de projeto interessantes que podem ser utilizadas para acompanhar essa construção. Use a capacidade de pesquisa dos alunos e peça para que eles façam pesquisas sobre a temática da reciclagem, responsabilidade ambiental, e, de quebra, oriente-os para construírem a própria lixeira inteligente deles!
Vimos, na Parte 1deste artigo, os procedimentos básicos para a seleção de componentes eletrônicos, compreensão da lógica e programação do código da nossa Lixeira Inteligente em linguagem de blocos. Foi possível simular no Tinkercad e atestar o princípio de funcionamento. Agora, iremos montar o protótipo físico que irá compor os componentes eletrônicos do projeto, exatamente como montamos em ambiente de simulação Tinkercad. Vamos lá?
Montagem do Circuito em Protoboard
Em primeira instância, devemos selecionar os componentes a serem utilizados para a montagem do projeto. Basta escolher os mesmos componentes utilizados para a simulação.
Componente
Quantidade
Arduino Uno R3 e cabo USB
1 unidade
Sensor de distância ultrassônico
1 unidade
Posicional Microservo
1 unidade
Placa de ensaio pequena
1 unidade
Cabos Jumper Macho/Macho
Reprodução: Do próprio autor.
Reprodução: Do próprio autor.
Em primeira instância, devemos efetuar a montagem do circuito na Protoboard, a matriz de contatos elétrica que comumente utilizamos para efetuar uma rápida conexão entre os elementos. Neste modelo utilizado em nosso exemplo, usamos uma versão mini da Protoboard, em que temos trilhas horizontais no centro para conexão dos componentes e trilhas verticais nas laterais para a alimentação do seu circuito, conforme indicadas pelas setas na imagem à seguir. Ao efetuar o encaixe dos componentes, devemos nos certificar que pontos de conexão de um mesmo componente mão estejam em uma mesma linha, mas em linhas diferentes. Esse detalhamento é, também, demonstrado na imagem à seguir.
Indicação de trilhas de alimentação (seta vermelha) e de encaixe de componentes (seta azul).
Forma correta de encaixe do componente sensor na Protoboard.
Forma incorreta de enxaixe do componente sensor na Protoboard.
Reprodução: Do próprio autor.
Para a montagem, basta seguir o esquemático disponibilizado na página do projeto, no site do Tinkercad. Reproduza exatamente conforme o esquema da simulação, com atenção ao detalhamento da alimentação da placa, sensor e motor. Ao plugar o seu Arduino no computador, a placa será automaticamente alimentada, e você deverá, agora, efetuar a conexão “+” e “-” nas trilhas da Protoboard, ligando, em seguida, aos terminais de alimentação do sensor ultrassônico e do Servomotor, conforme imagens à seguir.
Conexão dos cabos dos pinos Trigger, Echo e Alimentação (5 V e GND ou + e – ) nas trilhas correspondentes da Probotoard.
Conexão da alimentação da placa Arduino para a Protoboard, energizando as trilhas + e – .
Conexão do motor às trilhas de alimentação junto a conexão do pino de controle.
Reprodução: Do próprio autor.
Chegou a hora! Vamos carregar o código e programá-lo no Arduino!
Sim, chegou o momento mais esperado, que é quando iremos ver, na prática, o funcionamento do protótipo que irá compor a nossa Lixeira Inteligente! Aqui, vai a grande sacada: Depois de ter programado o seu código com a linguagem de programação em Blocos, você poderá converter na linguagem textual necessária para carregar o firmware no Arduino! Neste caso, iremos precisar converter a linguagem de blocos para a linguagem nativa da IDE do Arduino, que é uma linguagem quase integralmente baseada no C++, uma das mais conhecidas linguagens de programação em uso atualmente.
Para tal, basta selecionar a opção Blocos + Texto no menu, copiar o código e colar na IDE do Arduino, em um novo projeto. Fácil, não?
Reprodução: Do próprio autor.
Reprodução: Do próprio autor.
Reprodução: Do próprio autor.
Conclusão
É muito legal quando olhamos o nosso projeto, antes simulado, tomar vida com uma montagem prática, não é mesmo? E olhe que nem montamos a Lixeira Inteligente ainda… Pudemos perceber, com este exercício, algumas diferenças entre as variáveis no campo da teoria e no campo da prática. Na simulação, tudo ou mais constante, a tendência é que as coisas sempre funcionem como planejado. E, você, conforme esteja iniciando as suas montagens em Protoboard e suas aventuras em robótica, deve ter percebido que, volta e meia, aparecem alguns inconvenientes: Uma má conexão, conexão em uma trilha errada, algum cabinho jumper com mal funcionamento, etc. O importante aqui é manter o foco, concentração e disciplina para montar tudo certinho e ver o seu circuito funcionamento perfeitamente!
Para que possa saber em mais detalhes, preparemos esse vídeo abaixo, para que possas revisar todo o procedimento de montagem feito nesse artigo. Aguarde pela Parte 3, em breve!
O campo da Robótica Educacional é mesmo fascinante, fornecendo muitas possibilidades pedagógicas para professores e estudantes dentro da sala de aula. Dentre as possibilidades pedagógicas possíveis, temos as abordagens de Problem Based Learning ou Project Based Learning, que são, respectivamente, Aprendizado Baseados em Projetos e Aprendizado Baseado em Problemas, projetos interdisciplinares, que consistem-se na integração de diversas disciplinas durante a elaboração de um projeto de robótica, dentre outras abordagens possíveis. O projeto da Lixeira inteligente, apresentado pelo professor Ciro Chaves na MNR – Mostra Nacional de Robótica 2021 é um exemplo de projeto rico para aplicação das abordagens pedagógicas citadas. Mostraremos neste artigo, que será dividido em três partes, o procedimento para projeto da Lixeira Inteligente, seguindo um paradigma de projeto, simulação e implementação física do projeto, fornecendo para professores e estudantes a possibilidade de construir a sua própria lixeira inteligente, de forma prática e simples.
A preparação para o projeto: Discussão do tema
Partindo do paradigma do Pensamento Computacional e do Aprendizado Baseado em Projetos e Problemas, o primeiro passo é apresentar aos estudantes o problema em si. Na apresentação do problema, o levantamento de requisitos é necessário, como por exemplo: Qual é o problema que temos em mente para resolver? Que materiais e métodos serão necessários para a resolução deste problema? Qual o custo? Quanto tempo terei para resolver este problema? No caso do problema da Lixeira Inteligente, inicialmente a temática pode ser abordada pelo professor partindo de inferências sobre questões ambientais, como por exemplo a necessidade de separação do lixo, coleta seletiva, bem como pesquisas, pela Web, sobre as mudanças climáticas e poluição. Claro, a escolha da plataforma, sensores e atuadores usadas no projeto também devem ser feitas nessa etapa. Partindo do diálogo e brainstorming inicial, podemos colocar a mão na massa!
Reprodução: Banco de imagens Pixabay.
Mãos na massa: Montando o circuito no Tinkercad
Após a discussão inicial em sala de aula, estamos aptos a iniciar o nosso projeto. Um ponto muito importante é a simulação do protótipo. Com a simulação, é possível definir o código e testar o projeto antes mesmo de efetuar qualquer montagem física, o que poupa tempo e recursos. Além disso, é importante mostrarmos aos estudantes a importância de um bom projeto antes mesmo de começar a construir o protótipo. É na fase de projeto que dúvidas são levantadas e a melhor escolha de materiais e alocação de recursos é feita.
Para o projeto da lixeira inteligente, iremos utilizar a plataforma Arduino, que é uma placa eletrônica Microcontrolada de software e hardware abertos, com extensa comunidade contribuindo para a sua manutenção e evolução. Além disso, a ferramenta computacional Tinkercad será utilizada para simular o projeto. No Tinkercad, é possível escrever o código em linguagem de programação em blocos, além de podermos simular a ação dos sensores, atuadores e a montagem do protótipo em si.
Caso você queira aprender um pouco mais sobre programação do Arduino utilizando o simulador Tinkercad, assista a este vídeo, em que mostramos o passo a passo para iniciar com o Arduino no Tinkercad.
Acessando o Tinkercad e fazendo o login na sua conta, ou se inscrevendo para uma nova conta, no canto superior direito da tela, você irá abrir a sua janela de trabalho, onde poderá iniciar o seu novo projeto. Se preferir, você pode acessar diretamente o projeto desenvolvido por nós, que está disponível livremente na plataforma. Basta acessá-lo na janela abaixo e poderás visualizar o código, simular o projeto, visualizar a lista de materiais, dentre outras ações. Enfim, pode testar à vontade! No entanto, se preferir, podes acessar este link e copiar diretamente o projeto para a sua conta, já pronto para usar, no ícone que irá aparecer na tela disponível para copiar o projeto.
Continuando, com a sua janela do Tinkercad aberta, após efetuar o login ou inscrição da sua conta, acesse a opção circuitos, à direita. Após isso, você pode criar um novo circuito.
Reprodução: Tinkercad.
Com a janela aberta, iremos buscar os seguintes componentes para montar o nosso projeto:
Componente
Quantidade
Arduino Uno R3
1 unidade
Sensor de distância ultrassônico
1 unidade
Posicional Microservo
1 unidade
Placa de ensaio pequena
1 unidade
Reprodução: Do próprio autor.
Os componentes podem ser pesquisados na barra de busca abaixo, que é encontrada na barra lateral direita de componentes. Após isso, basta efetuar a conexão dos elementos com um simples “clique e arraste”.
Reprodução: Tinkercad.
Definindo variáveis para o código
O código pode ser programado de forma simples. Mas, antes, é importante compreender o princípio de funcionamento que deve ser fornecido ao nosso protótipo: Basicamente, teremos que monitorar o sensor de distância ultrassônico, conforme ele identifique um obstáculo, que é a própria mão do usuário da lixeira. O primeiro passo será definir uma variável. Entenda a variável como um espaço na memória do Arduino que irá permitir que você adicione algum dado. E, para entender ainda melhor, pense que a esse espaço físico na memória nos daremos um nome, da mesma forma que ocorre ao termos um endereço para a nossa casa, com nome da rua, número da casa, e etc. Portanto, na opção variáveis, devemos criar uma variável chamada distância.
Reprodução: Tinkercad.
Após isso, devemos configurar o nosso sensor ultrassônico: Iremos usar o bloco de definir o conteúdo da variável distância, ainda na opção de variáveis, como sendo uma entrada, que será ler sensor de distância ultrassônico no pino acionador 7 pino eco 6 e unidade em cm. Esta escolha de pinos foi a mesma que escolhemos para o nosso Arduino na montagem que disponibilizamos para cópia no Tinkercad.
Programando e entendendo o código: Teste condicional para acionamento do motor
Pois bem, agora é a hora de criarmos o código com a lógica de funcionamento da nossa Lixeira. Bom, a lógica é simples: Nós iremos utilizar um sensor de distância ultrassônico, que é explicado pelo Prof. Ciro Chaves neste vídeo, para efetuar a identificação de um obstáculo, que nada mais é do que a mão do usuário em frente à lixeira, pronto para colocar o lixo em seu lugar. Portanto, a lógica definida será a seguinte:
Reprodução: Elaboração própria via Lucidchart,
Inicialmente, o motor é definido na posição de 0°, que é a posição angular que mantém a tampa da lixeira fechada. O código deverá monitorar, dentro de um loop, se há a identificação de um obstáculo a uma distância menor que 20 cm do sensor de presença montado na lixeira. Se um obstáculo for identificado, o motor irá ser acionado para a posição de 180°, mantendo a tampa da lixeira aberta, e será um delay de 10 segundos ocorrerá até que seja verificado novamente a identificação de obstáculo, e somente quando não houver obstáculo, o código sairá do laço de repetição e a posição do servomotor é acionada novamente para a posição inicial de 0°. Sobre a condicional do laço de repetição, ela irá fornecer um desvio na execução do nosso código, à partir da análise da veracidade da condição: Enquanto a leitura da distância feita pelo sensor ultrassônico for menor que 20 cm, o motor deve manter-se na posição de 180° (tampa aberta). À todo momento, estaremos presos no loop de repetição, fazendo a leitura da distância e verificando se essa distância é menor que 20 cm. Quando a distância for maior, o programa irá sair do laço de repetição e voltar a posição do motor para a posição de 0° (tampa fechada). O fluxograma acima é uma boa forma de visualizar este princípio de funcionamento.
O código em linguagem de blocos programado na lixeira é mostrado abaixo. Inicialmente, para que seja possível visualizar as mudanças de estado, adicionamos alguns delays em pontos específicos do código, não só após a abertura da lixeira, para que o código pare a execução por um curto intervalo de tempo, tornando os movimentos mais previsíveis e visíveis. Em relação ao restante do funcionamento do código, além da já citada configuração da leitura do sensor de distância ultrassônico na variável distância e os delays adicionados em pontos específicos, implementamos o laço de repetição, que se repete enquanto a distância medida for menor que 20 cm, conforme já explanado acima. É importante, a cada iteração, atualizar o estado da variável distância, para que o código possa se atualizar periodicamente e poder sair do laço, quando a leitura do sensor não indicar obstáculo.
Reprodução: Desenvolvimento próprio no Tinkercad.
Caso queira ver em mais detalhes e com explicação ainda mais dinâmica, o Prof. Ciro Chaves desenvolveu um vídeo no YouTube, demonstrando o passo-a-passo da criação do código no canal da InovaEdu.tech do YouTube. Aprecie abaixo!
Como podemos observar, uma temática simples é capaz de fornecer ricas possibilidades para aplicação no campo da robótica educacional. A possibilidade de trazer uma importante temática para a sala de aula, como questões ambientais relacionadas às mudanças climáticas e destinação do lixo, culminando em um projeto de robótica, com certeza engaja os estudantes no processo ensino-aprendizagem. Imagine você, professor, trazendo professores de ciências, geografia e matemática para debaterem as mudanças climáticas, a destinação do lixo no Brasil e o conceito de ângulos, todos aplicados a um único projeto de robótica? Esta é, com certeza, uma excelente oportunidade. Fiquem ligados, pois iremos dar continuidade nessa série, com as partes 2 e 3 da criação do protótipo da lixeira inteligente, para aplicação na sua escola. Ah, e se você gostou, não deixe de comentar abaixo e nos dizer o que achou. Estamos ansiosos para te ouvir! Até o próximo artigo, pessoal!
Não se esqueça de conferir a Parte 2 do nosso artigo, já disponível:
