Lab03 - Serial

Comunicação Serial no Wokwi¶

Ao final deste laboratório, você será capaz de:

Compreender os princípios da comunicação serial
Implementar comunicação entre Arduino e computador
Enviar e receber dados via porta serial
Processar comandos recebidos pela porta serial

Fundamentos da Comunicação Serial¶

O que é Comunicação Serial?¶

A comunicação serial é um protocolo de comunicação onde os dados são transmitidos um bit de cada vez, sequencialmente, através de um canal de comunicação. É amplamente utilizada para comunicação entre microcontroladores e outros dispositivos devido à sua simplicidade e confiabilidade.

Parâmetros da Comunicação Serial¶

Baud Rate: Velocidade de transmissão em bits por segundo (bps)
Bits de Dados: Número de bits em cada pacote (geralmente 8)
Bits de Parada: Bits que indicam o fim de um pacote (geralmente 1)
Paridade: Método de verificação de erros (geralmente nenhum)

UART no Arduino¶

O Arduino possui um conversor USB-Serial integrado que permite a comunicação com o computador através da porta USB.

Internamente, o microcontrolador utiliza o periférico UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) para implementar a comunicação serial.

Diagrama UART

Comunicação Arduino-Computador¶

Configuração Básica¶

Para iniciar a comunicação serial no Arduino, utilizamos a função Serial.begin() no setup(), especificando o baud rate:

void setup() {
  Serial.begin(9600); // Inicia comunicação serial a 9600 bps
}

Enviando Dados para o Computador¶

Para enviar dados do Arduino para o computador, utilizamos as funções:

Serial.print(): Envia dados sem quebra de linha
Serial.println(): Envia dados com quebra de linha no final

void loop() {
  Serial.println("Olá, Mundo!"); // Envia a mensagem com quebra de linha
  delay(1000); // Espera 1 segundo
}

Recebendo Dados do Computador¶

Para receber dados do computador no Arduino, utilizamos as funções:

Serial.available(): Verifica se há dados disponíveis para leitura
Serial.read(): Lê um byte da porta serial
Serial.readString(): Lê uma string completa da porta serial

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) { // Verifica se há dados disponíveis
    String comando = Serial.readString(); // Lê a string enviada
    // Processa o comando recebido
  }
}

Vamos pra prática!!!

Configuração do Ambiente no Wokwi¶

Acesse o site Wokwi.
Clique em Start New Project e selecione Arduino Uno.

Desafio 1: Comunicação entre Arduino e Computador¶

Vamos estabelecer uma comunicação básica entre o Arduino e o computador utilizando o Monitor Serial do Wokwi.

Carregue o seguinte código no simulador:

void setup() {
  Serial.begin(9600); // Inicia a comunicação serial a 9600 bps
}

void loop() {
  Serial.println("Olá, Mundo!"); // Envia a mensagem "Olá, Mundo!" para o computador
  delay(1000); // Espera 1 segundo
}

Observe o painel "Serial Monitor" que aparecerá automaticamente
Você deve ver a mensagem "Olá, Mundo!" sendo exibida a cada segundo como a imagem a seguir.

Modifique o código para enviar seu nome e número de matrícula

Desafio 2: Cronômetro virtual¶

Com base no que foi aboradado no lab passado, você deverá criar um cronômetro virtual que exibe o tempo decorrido desde o início da simulação usando a função millis().

Instruções:

Utilize a função millis() para exibir no Serial Monitor quanto tempo se passou desde que o Arduino começou a funcionar, em segundos.
Faça com que a mensagem seja atualizada inicialmente a cada 1 segundo.
Agora com a base do código funcionando ok, modifique seu código para que o intervalo entre as mensagens seja alterado dinamicamente, da seguinte forma:
1 segundo durante os primeiros 10 segundos.
2 segundos entre 10 e 20 segundos.
5 segundos após 20 segundos.

É esperado como resultado que seja exibido no serial monitor:

Tempo decorrido: 1 segundos
Tempo decorrido: 2 segundos
//assim até 10...
Tempo decorrido: 10 segundos
Tempo decorrido: 12 segundos
//assim até 20...
Tempo decorrido: 20 segundos
Tempo decorrido: 25 segundos
Tempo decorrido: 30 segundos
//assim acima de 20...

Desafio 3: Recebendo Dados do Computador¶

Vamos criar uma interface para controlar um LED através de comandos enviados pelo Serial Monitor.

Carregue o seguinte código no seu Arduino:

String comando = ""; // Variável para armazenar o comando recebido
const int ledPin = 10;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ledPin, OUTPUT); // Define o pino como saída
  Serial.println("Digite LIGAR ou DESLIGAR para controlar o LED");
}

void loop() {
  if (Serial.available()) { // Verifica se há dados disponíveis para leitura
    comando = Serial.readStringUntil('\n'); // Lê a string até encontrar uma quebra de linha
    comando.trim(); // Remove espaços e quebras de linha extras

    if (comando.equalsIgnoreCase("LIGAR")) {
      digitalWrite(ledPin, HIGH); // Acende o LED no pino
      Serial.println("LED Ligado!");
    } else if (comando.equalsIgnoreCase("DESLIGAR")) {
      digitalWrite(ledPin, LOW); // Apaga o LED no pino
      Serial.println("LED Desligado!");
    } else {
      Serial.println("Comando não reconhecido. Use LIGAR ou DESLIGAR");
    }
  }
}

Montagem no Wokwi:¶

Adicione um LED ao pino que está configurado no código (da mesma forma que fizemos no labs anteriores).
Inicie a simulação, digite LIGAR e pressione Enter.
O LED do Arduino deve acender.
Digite DESLIGAR e pressione Enter para apagar o LED.

Warning

A comunicação serial é sensível a maiúsculas e minúsculas. Certifique-se de digitar os comandos exatamente como estão no código.

você pode usar o método equalsIgnoreCase() para torna o código mais robusto, aceitando variações como "ligar", "Ligar" ou "LIgaR".

Desafio 4: Cronômetro Dinâmico¶

Com base nos desafio 2 e desafio 3, crie um cronômetro inteligente.

O intervalo das mensagens não será fixo: ele deverá mudar conforme comandos enviados pelo usuário através do Monitor Serial.

Requisitos do Desafio:¶

Crie um cronômetro que exiba, a cada intervalo, o tempo decorrido desde o início da execução (em segundos).
Inicialmente, o intervalo entre mensagens deve ser de 1 segundo.
Através do Monitor Serial, permita que o usuário altere dinamicamente o intervalo entre as mensagens digitando comandos como:
intervalo 500 (define o intervalo para 500 ms)
intervalo 2000 (define o intervalo para 2000 ms)
Implemente também comandos especiais:
pausar para interromper temporariamente a exibição das mensagens.
continuar para retomar a contagem.

É esperado como resultado que seja exibido no serial monitor:

Tempo decorrido: 1 segundos
Tempo decorrido: 2 segundos
Tempo decorrido: 3 segundos
// Usuário digita: intervalo 3000
Intervalo alterado para 3000 ms.
Tempo decorrido: 6 segundos
Tempo decorrido: 9 segundos
// Usuário digita: pausar
Cronômetro pausado.
// Usuário digita: continuar
Cronômetro retomado.
Tempo decorrido: 12 segundos
Tempo decorrido: 15 segundos
// Usuário digita: intervalo 2000
Intervalo alterado para 2000 ms.
Tempo decorrido: 17 segundos
Tempo decorrido: 19 segundos