LIQD com o Arduino: Descrição do Experimento

Este post é dedicado à investigação da Lei do Inverso do Quadrado da Distância (LIQD) com o auxílio do Arduino. 

A seguir, o roteiro resumido do experimento ( você pode ver o roteiro completo clicando aqui)

a) Material:  Régua,  Lanterna, Jumpers e Jumpers Garras Jacaré,   Papel cartão para construção da canaleta, Fita adesiva,  Sensor LRD,  Resistência de 33KOhms, Placa Arduino,  Computador;

      b) Montagem:

•      Primeiramente montamos a placa Arduino segundo o esquema abaixo:

•     O software da placa Arduino é livre é pode ser baixado em http://arduino.cc/  ( neste site você também encontra uma série de códigos e dicas de uso do Arduino). 
•      A seguir programamos a placa Arduino para fazer a leitura da porta serial e retornar o valor da tensão e da resistência no LDR de acordo com a intensidade da luz no ambiente.
•      Prendemos o sensor LDR numa canaleta graduada e protegida da luz do ambiente externo.
•      Uma fonte de luz é movida ao longo da canaleta de 1cm em 1cm. Em cada posição, o LDR lê 10 dados e faz uma média dessas 10 leituras.
•     Esses dados são coletados e transferidos para uma planilha eletrônica na qual a relação distância fonte de luz ao LDR versus resistância é obitda graficamente.
•     Como a intensidade não pode ser calculada diretamente, optou-se por fazer uma relação entre a distância de separação da fonte luminosa com a condutância no LDR (em unidades arbitrárias).
•      Por fim, um gráfico é construído com os dados, para analisar sua relação com a Lei dos Inversos dos Quadrados das Distâncias.

A seguir, o código do programa com o qual a placa Arduino foi alimentada e uma imagem da montagem experimental são fornecidos na sequência desse post.

unsigned long tempo; // float tempo; 

char leitura; // variável que armazenará a leitura na porta serial (LDR)

float myInts[10];       

int i = 0; //contador que vai determinar o no. de medidas em uma dada distância

int LDR;                // declara a variavel LDR (em bits)  

float VLDR;             // tensão no LDR (em Volts)

float RLDR;             //resistência no LDR

float CLDR;             //condutância no LDR

float I;                //corrente elétrica

float VRST;             //tensão no resistor

float somavldr = 0;     //variável de armazenamento dos valores de tensão no LDR

float somarldr = 0;     //variável de armazenamento dos valores de resistência no LDR 

float somacldr = 0;     //variável de armazenamento dos valores de condutância no LDR

float mediavldr = 0;    //valor médio da tensão no LDR 

float mediarldr = 0;    //valor médio da resistência no LDR

float mediacldr = 0;    //valor médio da condutãncia no LDR

void setup(){ 

pinMode(A0, INPUT);     //instruindo a ler no pino analógico 0 

Serial.begin(9600);     //definindo taxa de transmissão de dados (bauds)

Serial.print("VLDR");   //Imprime o rótulo "VLDR" na coluna superior de dados no monitor serial

Serial.print("       ");   // introduz um espaço para as colunas

Serial.print("RLDR");   //Imprime o rótulo "RLDR" na coluna superior de dados no monitor serial

Serial.print("        ");   // introduz um espaço para as colunas

Serial.print("CLDR");   //Imprime o rótulo "CLDR" na coluna superior de dados no monitor serial

Serial.println();       //Nova linha de texto

  }                                                                            

void loop()

{ 

leitura = Serial.read();  //leitura da porta serial - valores lidos estão em bits

somavldr = 0;  //armazenamento dos valores de tensão no LDR para um posterior cálculo da média

somarldr = 0;  //armazenamento dos valores de resistência no LDR para um posterior cálculo da média

somacldr = 0;  //armazenamento dos valores de condutância no LDR para um posterior cálculo da média

i = 0;         // zeragem do contador após a realização de 10 medidas a uma determinada distância

if (leitura =='l') { //caso o operador digite 'l' no monitor serial, o arduino realizará as medidas

  

while(i < 10){  // enquanto o contador i for menor que 10, o arduino continuará executando o bloco de instruções abaixo

tempo= millis();                     // base de tempo para a coleta de dados (microssegundos) 

LDR = analogRead(A0);                // leitura da porta serial (analógica) no pino 0 - aqui está ligado o LDR

VLDR = (LDR*5.00000)/1024.00000;    //conversão dos valores lidos em bits para tensão (em Volt) - a porta serial tem tensão máxima de 5,0 V

VRST = 5.00000 - VLDR;              // cálculo da tensão no resistor de 33 kOhm

I = VRST/33.00000;                  //(33kOhm)     

RLDR = VLDR/I;                     //cálculo da resistência no LDR (Ohm)

CLDR = (I/VLDR)*1000.00000;        //cálculo da condutância no LDR (C = I/V ou C=1/R) (unidades arbitrárias - .10^3 para facilitar gráficos)

somavldr =(somavldr + VLDR);       //armazenamento dos valores de tensão no LDR para um posterior cálculo da média

somarldr = (somarldr + RLDR);      //armazenamento dos valores de resistência no LDR para um posterior cálculo da média

somacldr = (somacldr + CLDR);      //armazenamento dos valores de condutância no LDR para um posterior cálculo da média

    Serial.print(VLDR,5);         // imprime o valor da tensão no LDR (VLDR - Volt)

    Serial.print("    ");         // introduz um espaço para as colunas 

    Serial.print(RLDR,5);         // imprime o valor da resistência no LDR (RLDR - Ampère)

    Serial.print("    ");         // introduz um espaço para as colunas

    Serial.print(CLDR,5);         // imprime o valor da condutância no LDR (Ohm^-1 = Siemens) 

    Serial.print("    ");         // introduz um espaço para as colunas

    Serial.println();             // imprime os dados e cria uma nova linha

    

    i++;                          //após uma iteração do loop de while, incrementa o valor do contador em 1

    

    delay(1000);                 //pausa o programa por um intervalo de tempo de 1000 ms = 1,0 s

  }                              //fecha o laço de while

mediavldr = somavldr/10;         //calcula o valor médio de tensão no LDR

mediarldr = somarldr/10;         //calcula o valor médio de resistência no LDR

mediacldr = somacldr/10;         //calcula o valor médio de condutância no LDR

    Serial.print("VLDR Medio: ");   //imprime o valor médio de tensão no LDR  

    Serial.println(mediavldr,5);     

    Serial.print("RLDR Medio: ");   //imprime o valor médio de resistância no LDR 

    Serial.println(mediarldr,5);     

    Serial.print("CLDR Medio: ");   //imprime o valor médio de condutãncia no LDR 

    Serial.println(mediacldr,5);    

} // fecha o laço de if

} //fecha o programa