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XIAO: Grande Potência, Placa Pequena

Dominando Arduino e TinyML
AUTORLei Feng, Marcelo Rovai
PUBLICADO8 de dezembro de 2023
Agradecimentos SincerosJiamou Yang, Yanming Wen, Mengdu Li, Chunchun Tian, Haixu Liu, Tianrui Wang e Jianjing Huang
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Introdução​

A série Seeed Studio XIAO representa uma evolução inovadora no ecossistema Arduino, unindo compacidade a desempenho poderoso. Entender e aproveitar seus recursos é essencial para qualquer entusiasta ou profissional em eletrônica e aprendizado de máquina. Com o rápido avanço da tecnologia e a crescente demanda por dispositivos menores e mais eficientes, dominar o XIAO e sua integração com TinyML é crucial. Isso apresenta uma nova fronteira para inovação, permitindo a criação de projetos sofisticados em espaços antes considerados impossíveis. Este tema é fundamental, pois se alinha à trajetória futura da eletrônica, IoT e aprendizado de máquina, tornando‑se indispensável para quem pretende se manter na vanguarda dos avanços tecnológicos.

Lista de Itens no Kit​

Sobre este Livro​

Público-alvo​

O público principal de “XIAO: Big Power, Small Board” abrange hobbistas, estudantes, educadores e profissionais em eletrônica e aprendizado de máquina que queiram explorar e maximizar o potencial de plataformas de hardware compactas. Normalmente, esses leitores podem atuar como entusiastas de eletrônica, criadores de projetos DIY, educadores em eletrônica ou até desenvolvedores iniciantes de sistemas embarcados. À medida que avançam em suas carreiras, podem almejar funções como engenheiros de projeto eletrônico, desenvolvedores de IoT ou integradores de hardware para aprendizado de máquina.

Nosso público possui uma compreensão básica de conceitos de eletrônica, mas pode ainda não ter se aprofundado em programação Arduino ou em design de hardware compacto. Provavelmente já teve contato com livros introdutórios de Arduino ou eletrônica geral, mas talvez ainda não tenha se aventurado em hardware especializado ou TinyML. Quanto às habilidades, têm alguma experiência prática com eletrônica básica ou programação, mas ainda não dominam as complexidades do TinyML ou funcionalidades avançadas de microcontroladores.

O que os leitores irão aprender​

Ao final deste livro, o leitor irá entender:

  • Os fundamentos de hardware de código aberto, com foco nos recursos da série Seeed Studio XIAO.

  • Como fazer a transição de projetos eletrônicos básicos para avançados, começando com controles simples de LED e avançando para aplicações complexas como telemetria e detecção de palavras‑chave por voz.

  • Os conceitos por trás do design de protótipos e suas implicações práticas no desenvolvimento de produtos.

  • As complexidades de integrar diversos módulos, como receptor infravermelho, sensor ultrassônico de distância e relógio RTC, com a plataforma XIAO.

  • A importância e a aplicação de Tiny Machine Learning (TinyML), com ênfase em seu poder transformador em hardwares como o XIAO nRF52840 Sense e o ESP32S3 Sense.

  • Técnicas para utilizar ferramentas avançadas como o Edge Impulse Studio em aplicações reais, como detecção de anomalias e de objetos e classificação de vídeo ou som.

O leitor será capaz de:

  • Configurar, programar e depurar projetos em todas as placas da série XIAO, avançando de interações básicas de hardware para concepções de projetos complexos.

  • Converter ideias abstratas em protótipos tangíveis de produtos eletrônicos, aproveitando os conhecimentos do curso.

  • Projetar e implementar projetos de nível intermediário, como um Smart Watch e um Air Piano, utilizando sensores e módulos especializados.

  • Aproveitar a potência dos protocolos Wi‑Fi e MQTT com o XIAO ESP32C3 para comunicações em nuvem e troca de dados.

  • Implementar TinyML em diferentes placas XIAO, executando tarefas como classificação de imagem, movimento e som, além de detecção de anomalias e de objetos.

  • Inovar e ampliar ideias de projetos, inspirando‑se em uma coleção selecionada de projetos com XIAO e adaptando‑os a necessidades personalizadas.

Estrutura do livro​

Capítulo 1: Introdução a Hardware e Programação​

Neste capítulo, os leitores começam com programação básica no XIAO usando o Arduino IDE. Por meio de programas de exemplo simples, aprenderão a controlar LEDs, botões, buzinas e outros componentes eletrônicos, dominando conceitos centrais de programação como E/S digital, E/S analógica, geração de tons e mapeamento de valores. Ao digitar manualmente os exemplos de código linha por linha, desenvolverão bons hábitos de codificação e compreenderão a sintaxe de programação.

Capítulo 2: Prática de Projetos para Iniciantes - Introdução ao Design de Protótipos​

Neste capítulo, os leitores irão aprender o básico do design de protótipos com XIAO por meio de projetos amigáveis para iniciantes. Começarão a partir de uma ideia e rapidamente criarão um protótipo de verificação, focando mais na aplicação prática do código do que na análise linha por linha. Ao aproveitar bibliotecas Arduino, recursos da comunidade e programas de exemplo, aprenderão como encontrar e adaptar trechos de código para alcançar os efeitos desejados com eficiência. Além disso, explorarão como desenhar a aparência física dos protótipos, combinando de forma criativa hardware eletrônico com itens do dia a dia. Os principais resultados são compreender uma abordagem baseada em projetos e desenvolver habilidades para construir protótipos interativos simples.

Capítulo 3: Prática de Projetos Intermediária — Projetos Complexos​

Neste capítulo, os leitores irão aprimorar suas habilidades de prototipagem criando projetos sofisticados de IoT com XIAO. Implementarão recursos como conectividade Wi‑Fi, telemetria MQTT e comandos de controle remoto usando o XIAO ESP32C3. Por meio de construções complexas, como uma porta remota inteligente, um smartwatch e um air piano, você irá aperfeiçoar técnicas de programação para comunicação sem fio, integração com a nuvem e controle embarcado. Serão fornecidas plantas opcionais, mas os leitores são encorajados a explorar designs criativos de caixas com materiais alternativos. Os principais resultados são dominar a prototipagem de IoT em nível intermediário e se preparar para aplicações avançadas de tinyML.

Capítulo 4: Prática de Projetos Avançada - Aplicação tinyML​

Entre os produtos da série XIAO, o Seeed Studio XIAO nRF52840 Sense possui conectividade sem fio Bluetooth 5.0, baixo consumo de energia e vem com sensores IMU de 6 eixos e microfone PDM integrados. O XIAO ESP32S3 Sense integra ainda uma câmera, microfone digital e suporte a cartão SD. Esses recursos os tornam ferramentas poderosas para projetos TinyML (aprendizado de máquina embarcado). O TinyML resolve problemas de uma forma completamente diferente dos métodos tradicionais de programação. Este capítulo irá introduzir os leitores a esse campo de ponta, percorrendo todo o fluxo de trabalho de aprendizado de máquina, desde a coleta de dados, treinamento e testes até a implantação e inferência usando a ferramenta Edge Impulse Studio.

Capítulo 5: Experimentos Criativos​

Desde o seu lançamento, a série Seeed Studio XIAO tem sido amplamente aclamada por seu tamanho compacto, desempenho poderoso e linha de produtos versátil. A comunidade maker produziu um grande número de projetos criados com XIAO. Devido a limitações de espaço, selecionamos alguns projetos excepcionais feitos com XIAO por nossos makers. Esses projetos demonstram plenamente as funções poderosas e as amplas aplicações do XIAO. Vamos seguir os passos dos makers, estimular a criatividade e explorar as infinitas possibilidades do XIAO. Os leitores podem se inspirar nesses projetos, usar a imaginação e explorar novos territórios com XIAO.

Referências​

Cursos online​

Livros​

Repositório de projetos​

Sobre os autores​

Lei Feng é o líder do grupo de suporte técnico e do currículo de produtos na Seeed Studio. Um autor experiente nas áreas de hardware de código aberto e computação de borda, publicou vários livros na China, incluindo "GameGo Beginner Programming Course for Arcade 《做游戏，玩编程------零基础开发微软 Arcade 掌机游戏》", "Grove Beginner Kit For Arduino - Codecraft Graphical Programming Course 《Arduino 图形化编程轻松学》" e a tradução chinesa de "IoT for Beginners 《深入浅出 IoT：完整项目通关实战》", com apoio da Microsoft China.

Lei Feng criou inúmeros tutoriais e documentação open-source em chinês e inglês com sua equipe. Sua experiência prática no desenvolvimento de projetos de IoT e computação de borda lhe confere percepções únicas sobre como simplificar conceitos complexos para iniciantes. Como escritor envolvente e professor paciente, Lei Feng é o guia ideal para tornar Arduino e TinyML acessíveis para novatos em todo o mundo.

Perfil no LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/leon-feng-a029bb1/

Marcelo Rovai é uma figura reconhecida na educação em engenharia e tecnologia, detentor do título de Professor Honoris Causa pela Universidade Federal de Itajubá, Brasil. Sua formação inclui graduação em Engenharia pela UNIFEI e especialização avançada pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Ampliando ainda mais sua expertise, obteve um MBA pelo IBMEC (INSPER) e um Mestrado em Ciência de Dados pela Universidad del Desarrollo, no Chile.

Com uma carreira que abrange várias empresas de tecnologia de grande porte, como AVIBRAS Airspace, ATT, NCR e IGT, onde atuou como Vice-Presidente para a América Latina, ele traz um vasto conhecimento da indústria para suas atividades acadêmicas. É um escritor prolífico em tópicos relacionados à eletrônica e compartilha seu conhecimento por meio de plataformas abertas como o Hackster.io.

Além de suas atividades profissionais, dedica-se à educação, atuando como professor voluntário na UNIFEI e colaborando com o grupo TinyML4D como Co-Chair, promovendo a educação em TinyML em países em desenvolvimento. Seu trabalho ressalta o compromisso de utilizar a tecnologia para o avanço da sociedade.

Perfil no LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/marcelo-jose-rovai-brazil-chile/

Twitter: @mjrovai

Amostras de palestras do autor (YouTube, etc.): https://www.youtube.com/watch?v=KeXlAazzgKw

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