Arduino, ESP32 ou Raspberry Pi Pico na escola: qual placa escolher?

A resposta curta para Arduino, ESP32 ou Raspberry Pi Pico na escola: a maioria das escolas deve começar com o Arduino Uno. Se os objetivos da disciplina incluem a Internet das Coisas (IoT), ou seja, dispositivos que enviam dados por Wi-Fi ou são controlados pelo celular, acrescente o ESP32 como segundo passo; se a escola já ensina Python, faça do Raspberry Pi Pico a segunda placa. Em vez de tentar passar o ano inteiro com uma única placa, pense em camadas: no primeiro semestre, o Uno, que trabalha com 5 V, tolera erros e tem muito material disponível, constrói a base de eletrônica e programação; no segundo semestre, os mesmos projetos são repetidos e ampliados na segunda placa que combina com o seu objetivo.

Este não é um guia de compra pessoal; já explicamos qual placa uma pessoa deve comprar em qual Arduino comprar e Arduino ou ESP32, e você pode conhecer cada placa em o que é ESP32 e o que é Raspberry Pi Pico. Aqui olhamos a questão com os olhos da escola: 24 alunos, 8 grupos, computadores que exigem permissão de administrador, aulas de 40–45 minutos e um armário cheio de material que será usado por vários anos. Primeiro vem a tabela técnica de decisão, depois as recomendações por objetivo da aula e nível da turma, as diferenças de instalação e um exemplo de plano anual.

Por que a decisão da escola é diferente de uma escolha pessoal?

Para quem compra uma placa para usar em casa, a pergunta principal é “o que eu consigo montar com esta placa?”. Na escola, a pergunta passa a ser “o que 24 alunos conseguem aprender com esta placa, ao mesmo tempo, na mesma aula, com o mínimo de problemas?”. Um aluno que não encontra a porta perde 5 minutos em casa; na sala, se três dos oito grupos não encontram a porta, a aula acabou. Por isso, na escola, megahertz e kilobytes ficam em segundo plano. As perguntas que importam são: quantos passos a instalação exige, um fio colocado no lugar errado danifica a placa, os sensores podem ser ligados diretamente e o professor encontra material de aula pronto?

E ainda há o tempo. As placas da escola costumam ser usadas por vários anos, não por um só, e todo ano uma nova turma abre o mesmo armário. Por isso a escolha não deve ser “qual placa é mais potente?”, e sim “qual sequência de placas leva o aluno ao próximo passo?”. A lógica de programação aprendida no Uno continua no ESP32 na mesma linguagem e no Pico com os mesmos conceitos; é daí que vem a força de um plano em camadas. Passar o ano inteiro com uma única placa é possível, mas aí ou as primeiras semanas ficam desnecessariamente difíceis, ou os alunos terminam o ano sem nunca ter visto um passo importante, como a conexão sem fio ou uma segunda linguagem.

Tabela de decisão: como Uno, ESP32 e Pico se comparam na escola?

A tabela abaixo compara as placas pelos critérios que realmente fazem diferença na escola. A coluna ESP32 se refere ao ESP32 DevKit de 30 pinos (com módulo ESP32-WROOM-32), o mais comum nas escolas; a coluna Pico abrange o Raspberry Pi Pico e sua versão sem fio, o Pico W. A coluna Uno é para o clássico Uno R3; as diferenças do Uno R4 estão no nosso artigo Arduino Uno R4.

Preste atenção especial a duas linhas: tensão de operação e tolerância a erros. Como os pinos do Uno trabalham com 5 V, a maioria dos módulos de sensores do mercado se liga diretamente a ele, e um fio que o aluno encaixa no furo errado geralmente só faz o circuito não funcionar. Os pinos do ESP32 e do Pico são de 3,3 V; se um sinal de 5 V chegar a esses pinos, o pino ou a placa podem ser danificados. Para um aluno, isso é um detalhe pequeno, mas numa turma de 8 grupos afeta diretamente o seu orçamento de placas reserva. A linha de custo também não deve decidir sozinha: o preço da placa é uma parte pequena do total quando se somam protoboards, fios, sensores e peças reserva.

Qual placa para cada objetivo de aula?

Antes de escolher a placa, escreva em uma frase o que os alunos devem ser capazes de fazer no fim da disciplina. “Explicar, medindo, por que um LED precisa de resistor” e “ver dados de temperatura no celular” pedem placas diferentes. Todos os projetos iniciais da tabela abaixo são grátis no BlueGrays e abrem com esquema do circuito, lista de componentes e código.

As duas linhas mais mal compreendidas são Python e IoT. Escolher o Pico para ensinar Python significa que o aluno aplica o laço for e o if que escreve no computador a um LED, com a mesma sintaxe; uma única linha digitada no Shell do Thonny acende na hora o LED da placa. Para IoT, a vantagem do ESP32 não é só ter Wi-Fi na placa, mas o fato de os projetos com ESP32 serem escritos em Arduino C++, como no Uno: os comandos pinMode(), digitalRead() e if aprendidos no primeiro semestre são usados sem mudanças no segundo, e o aluno só aprende a se conectar ao Wi-Fi e a servir uma página web. O Pico W também se conecta ao Wi-Fi; se a sua escola quer Python e IoT ao mesmo tempo, o Pico W atende às duas necessidades em uma só placa.

Recomendações por nível da turma

A idade sozinha não decide; de duas turmas da mesma idade, uma pode já ter feito programação em blocos e a outra nunca ter tido aula de computação. Ainda assim, a duração da aula, o hábito dos alunos com teclado e arquivos e a grade horária da escola mudam bastante conforme o nível. A tabela abaixo resume essas diferenças; a coluna “próximo passo” mostra o passo a dar quando os alunos estiverem prontos, não necessariamente no mesmo ano.

Começar com blocos no ensino fundamental facilita a leitura dos programas, mas não muda a escolha da placa: a maioria dos projetos com blocos no BlueGrays é de Arduino, e os blocos servem para ler o programa; na placa é sempre carregado o código real do projeto. Se quiser ver lado a lado os equivalentes em C++ e MicroPython dos blocos, confira a tabela de transição dos blocos para C++. No ensino médio e técnico, conhecer duas placas já é uma conquista: um aluno que fez o mesmo sensor funcionar numa placa de 5 V e numa de 3,3 V não vai mais ignorar os níveis de tensão. Em cursos para adultos, a maioria dos participantes chega com um objetivo específico; perguntar na primeira aula “o que você quer montar?” e escolher a placa de acordo funciona melhor do que levar todos pelo mesmo caminho.

Instalação nos computadores da escola: drivers, pacote de placa, Thonny e permissão de administrador

O custo escondido da escolha da placa na escola é a instalação. Uma instalação feita uma vez em casa se repete na escola em 8 computadores de alunos e um do professor, e na maioria das escolas só o responsável pela TI pode instalar programas. A carga de instalação das três placas é bem diferente:

Um detalhe do pacote de placa do ESP32 costuma dar problema na escola: o pacote não é instalado para o computador inteiro, e sim na pasta do usuário que está logado. Se os alunos entram com uma conta compartilhada, não há problema; se cada um usa a própria conta, o pacote é baixado de novo para cada uma. Em computadores que voltam ao estado original a cada reinicialização, a instalação some no dia seguinte; nesse caso, peça ao responsável pela TI para incluir o pacote na imagem protegida. O Pico não tem esse problema, porque o MicroPython fica na própria placa: você prepara a placa uma vez e, o ano todo, o Thonny a reconhece em qualquer computador em que for conectada.

Quando for falar com o responsável pela TI, leve uma lista clara; em vez de dizer “instala o Arduino, por favor”, entregue os itens abaixo. Você pode enviar a lista com os itens do Uno antes do primeiro semestre e com os itens do ESP32 ou do Pico antes do segundo:

1. A versão desktop do Arduino IDE 2 em 8 computadores de alunos e 1 do professor.
2. O driver CH340, CP210x ou CH9102, conforme o chip USB das placas Uno ou ESP32 compatíveis; leia o chip na placa quando o pedido chegar.
3. Se o ESP32 for usado: o pacote esp32 by Espressif Systems pelo Gerenciador de Placas e as bibliotecas usadas em aula; eles também precisam aparecer nas contas dos alunos.
4. Se o Pico for usado: o Thonny. Se uma política bloquear armazenamento USB, a unidade RPI-RP2 que o Pico mostra no modo BOOTSEL também não vai aparecer; grave o MicroPython nas placas uma vez no seu próprio computador no início do semestre.
5. As contas dos alunos não podem ter o acesso às portas seriais USB bloqueado.
6. Após a instalação, um teste de 10 minutos com uma conta de aluno: conectar uma placa, selecionar a porta, carregar o código de exemplo.

Plano em camadas: um exemplo de um ano

Digamos que você tenha 2 aulas por semana, uma turma de 24 e alunos trabalhando em 8 grupos de três. Suponha que dê para usar cerca de 14 semanas de cada semestre para atividades práticas. No primeiro semestre, todos constroem a mesma base no Uno; no segundo, conforme o objetivo da escola, você escolhe o caminho A (ESP32, IoT) ou o caminho B (Pico, Python). Os dois caminhos começam de propósito com um projeto conhecido: os alunos refazem o primeiro projeto do semestre 1 na placa nova e veem a diferença por conta própria. Todos os projetos da tabela são grátis.

Na primeira semana do segundo semestre, não ensine um assunto novo; peça que os alunos montem o projeto de LED conhecido na placa nova e pergunte apenas “o que mudou?”. Os números dos pinos, os 3,3 V, a escolha do pacote de placa no ESP32 ou o código em Python no Pico são as respostas, e os alunos não esquecem as diferenças que descobriram sozinhos. Preparamos a primeira aula do caminho A minuto a minuto no plano da primeira aula com ESP32 e o restante semana a semana no módulo de IoT com ESP32 de 8 semanas; para o caminho B, o plano de 6 semanas de Pico com MicroPython pode ser usado como está.

Um plano em camadas também divide o orçamento. No primeiro ano, você investe só em kits de Uno; como a segunda placa funciona com os LEDs, resistores, botões, LDRs e sensores desses kits, ela significa basicamente apenas placas, cabos e algumas peças extras. Em como montar um laboratório de Arduino na escola, sugerimos algumas placas ESP32 e Pico para demonstrações; se a turma inteira for passar para a segunda placa, conte as placas pelo número de grupos, não pelo conjunto de demonstração. A lista da segunda camada para 8 grupos e 1 reserva:

• Caminho A: 1 ESP32 DevKit por grupo, 9 para a turma; 9 cabos de dados compatíveis com a porta USB da placa. A maioria dos ESP32 DevKit ocupa quase uma protoboard inteira; juntar duas protoboards lado a lado e encaixar a placa no meio facilita as ligações.
• Caminho B: 1 Raspberry Pi Pico H ou Pico WH (com barras de pinos soldadas) por grupo, 9 para a turma; 9 cabos de dados micro USB. Se comprar Pico sem barras de pinos, você precisa reservar tempo de solda para 9 placas.
• Para os dois caminhos: se for usado um HC-SR04 de 5 V, um resistor de 1 kΩ e um de 2 kΩ por grupo, 9 de cada para a turma; ou uma versão do sensor que funcione com 3,3 V.
• Para as semanas sem fio: um hotspot do celular transmitindo em 2,4 GHz ou um roteador separado, em vez da rede da escola (caminho A, e caminho B com o Pico W).

5 erros comuns das escolas ao escolher uma placa

• Comprar uma placa de IoT sem objetivo de IoT: como o ESP32 é potente, é tentador comprar ESP32 para todos já no primeiro ano. Mas, se o Wi-Fi não for usado, os alunos convivem com a limitação dos 3,3 V e com passos extras de instalação sem ganhar nada em troca.
• Misturar placas na mesma aula: se quatro grupos trabalham com o Uno e quatro com o Pico, você está dando duas aulas ao mesmo tempo. Troque de placa no fim de um semestre ou de uma unidade; numa turma com níveis variados, diferencie pela dificuldade da tarefa, não pela placa.
• Confundir o Pico com o Pico W: só a versão W tem Wi-Fi. Se você planeja uma unidade sem fio, confira o W ao fazer o pedido; para uma introdução ao Python, o Pico simples basta.
• Ir para a aula com cabos só de carga: cabos USB só de carga alimentam a placa, mas não mostram porta, e os alunos passam muito tempo procurando um problema de driver. Teste os cabos um a um com uma placa no início do semestre e marque os cabos de dados.
• Achar que placas compatíveis são idênticas às originais: placas Uno e ESP32 compatíveis fazem sentido para o orçamento da escola, mas seus chips USB podem ser diferentes e exigir driver. Antes de um pedido grande, teste uma placa de amostra num computador da escola com uma conta de aluno.

Como as três placas aparecem no BlueGrays

O BlueGrays agrupa os projetos em três plataformas, e a divisão combina com um plano em camadas: há mais de 110 projetos para Arduino, cerca de 50 para ESP32 e mais de 30 para Raspberry Pi Pico. Destes, 60 são totalmente grátis: 20 de Arduino, 20 de ESP32 e 20 de Pico. Os projetos grátis incluem esquema do circuito, lista de componentes, código e a seção Entenda o código; todos os projetos da tabela do plano acima foram escolhidos entre eles. O código dos projetos de Arduino e ESP32 é Arduino C++, o dos projetos de Pico é MicroPython. Em Descobrir › Projetos, use Filtrar para escolher a plataforma e Preço para listar os projetos grátis que combinam com a placa da sua disciplina.

• Busca de projetos: a segunda pergunta é “Qual placa você tem?”, com as opções Arduino Uno / Nano, ESP32, Raspberry Pi Pico e “Ainda não tenho placa”. Os alunos recebem sugestões escolhendo a placa que têm, e a sugestão Prepare-se primeiro · grátis na tela de resultados mostra um projeto grátis para começar com as mesmas peças. Mais detalhes no artigo sobre a Busca de projetos.
• Guia de código: o Guia de código na seção Aprender tem duas trilhas, Arduino C++ e MicroPython, com 18 cartões cada. O exemplo de cada cartão vem com as abas Blocos, Arduino e MicroPython, então um aluno do caminho B vê lado a lado as versões em C++ e em Python do mesmo comando. A lista de cartões está no artigo sobre o guia de código.
• Perguntas do dia: a configuração Linguagem do código nas perguntas pode ser Ambas, Arduino ou MicroPython; uma turma do caminho B pode passar para perguntas de MicroPython no segundo semestre.
• Vamos montar juntos: o passo 3. Carregue o código do modo guiado muda conforme a placa: nos projetos de Arduino e ESP32, você escolhe a placa e a porta no menu Ferramentas do Arduino IDE; nos projetos de Pico, escolhe o interpretador MicroPython no Thonny. Fazer esse passo juntos no projetor na primeira aula reduz as dúvidas de instalação.
• Premium e pacotes para educadores: o Premium fica vinculado à conta e desbloqueia os projetos das três plataformas juntos; os alunos não precisam comprar mais nada para passar ao ESP32 ou ao Pico no segundo semestre. Para uma turma inteira, explicamos como funcionam os pacotes de 5 e 10 códigos, sem renovação automática, em Perfil > Pacotes para educadores no artigo códigos Premium em lote para a sua turma.

6 perguntas para responder antes de decidir: leve-as à reunião da sua área

1. O que os alunos devem ser capazes de fazer no fim da disciplina: explicar um circuito, escrever código, enviar dados para uma rede?
2. A escola ensina Python ou C++? Se sim, em quais séries?
3. Quantos grupos vão trabalhar e quantas placas reserva você vai manter?
4. Quem tem permissão para instalar programas nos computadores e quanto tempo a instalação vai levar?
5. Seus sensores são de 5 V ou de 3,3 V, e servem na segunda placa?
6. A rede da escola permite a conexão de dispositivos ou você vai precisar de um hotspot?

Se as respostas às duas primeiras perguntas estiverem claras, a placa se define sozinha: o Uno para eletrônica básica e algoritmos, o ESP32 para conectividade, o Pico para Python. Antes de decidir, abrir os projetos grátis deste plano no app BlueGrays, com esquemas do circuito e código, e revisá-los numa noite é o caminho mais rápido para ver qual trilha combina com a sua turma.