SISTEMA DE ILUMINAÇÃO A LEDs RGB COM

SISTEMA DE ILUMINAÇÃO A LEDs RGB COM CONTROLO REMOTO
RGB LINGHTING SYSTEM WITH REMOTE CONTROL
José António Barros Vieira1, André Laranjeira2, Pedro Rodrigues3
Abstract  This paper shows the applying teaching used
in the Electrical Engineering and Telecommunications
in ESTCB. The prototype consists of a LED lighting
system RGB that enables to control the "lamp" LED, set
the brightness, create a custom color and finally set an
alarm clock all through a wireless command. The steps
are described for the realization of the prototype
showing how students can integrate the various
acquired knowledge in engineering. The prototype
consists of two parts: the remote control comprises a
microcontroller, an infrared LED and a matrix
keyboard, where the user enters a command to send the
lighting system that is constituted by a microcontroller,
an infrared reception, "a lamp" RGB LED's, an LCD
and a clock/alarm obtaining a functional prototype/an
engineering solution.
Index Terms  Electrical Engineering Education, LED
Control, RGB, microcontroller programmed in C,
Communications Infrared, Electronics, Sensors and
Actuators.
Resumo  Este artigo mostra a forma de ensino aplicado
utilizado na Licenciatura em Engenharia Eletrotécnica e das
Telecomunicações na ESTCB. O protótipo consiste num
sistema de iluminação a LEDs RGB que permite controlar a
“lâmpada” a LED, definir a intensidade luminosa, criar uma
cor personalizada e por fim definir um relógio/despertador
tudo isto através de um comando sem fios. São descritos os
passos para a realização do protótipo mostrando como os
alunos conseguem integrar os vários conhecimentos
adquiridos em engenharia. O protótipo é constituído por duas
partes: o controlo remoto constituído por um
microcontrolador, um LED de infravermelhos e um teclado
matricial, onde o utilizador introduz o comando a enviar e o
sistema de iluminação que é constituído por um
microcontrolador, um receção de infravermelhos, uma
“lâmpada” de LED’s RGB, um LCD e um relógio/alarme
obtendo-se um protótipo funcional/ uma solução de
engenharia.
Index Terms  Ensino de Engenharia Eletrotécnica,
Controlo de LEDs RGB, microcontroladores programados
em C, comunicações por Infravermelhos, Eletrónica,
Sensores e Atuadores.
I.
INTRODUÇÃO
Nos últimos tempos tem-se verificado um aumento
no surgimento de pequenos gadgets que têm vindo a facilitar
a vida das pessoas, com base nos avanços da tecnologia é
possível desenvolver equipamentos, quer sejam eles de
utilidade pública, utilidade privada ou apenas para
entretenimento.
Os avanços na tecnologia de comunicação por
infravermelhos e avanços na tecnologia de iluminação a LED
foram desde o início uma grande motivação para desenvolver
este sistema.
Os sistemas de iluminação a LED são muito
utilizados quer seja em contexto público ou em contexto
doméstico, como é o caso do sistema desenvolvido. Assim
com a utilização de LED’s RGB, no último contexto, é
possível criar ambientes distintos apenas com recurso á luz
colorida emitida por este tipo de LED, com isto o utilizador
pode modificar o ambiente em que está inserido com o
simples premir de uma tecla no controlo remoto, sem ter de
se deslocar perto do sistema de iluminação.
Deste modo, o principal objetivo foi desenvolver de raiz um
sistema de iluminação com LED’s RGB, que através de um
comando de infravermelhos possa ligar, desligar, mudar de
cor, criar uma cor personalizada, e ainda visualizar um relógio
e definir um alarme.
Para se conseguirem atingir todos estes objetivos, foi
necessário efetuar um estudo detalhado acerca de quatro
situações principais, a comunicação por infravermelhos, o
sistema de cores RGB, os LED’s RGB e os
microcontroladores PIC® série16F que serão detalhados mais
á frente neste artigo.
II.
TECNOLOGIAS E CONCEITOS
1
José António Barros Vieira, Coordinator of the Electronics Engineering and Telecommunications Bachelor at Higher School of Technology, Polytechnic
Institute of Castelo Branco - ESTCB - Portugal - 2010-2015, [email protected]
2
André Laranjeira, Student at Electronics Engineering and Telecommunications Bachelor at ESTCB, [email protected]
3
Pedro Rodrigues Student at Electronics Engineering and Telecommunications Bachelor - Portugal, [email protected]
DOI 10.14684/WCCSETE.2.2016.62-70
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A.
Hardware utilizado no Controlo Remoto
No controlo remoto utilizou-se como base o seguinte
hardware:
•
Microcontrolador PIC® 16F84, para gerar a trama
para enviar para o recetor;
•
LED de Infravermelhos, LD 271;
•
Temporizador NE555N para gerar o sinal modulador
que modula a Trama á frequência de 3.5 kHz;
•
Teclado matricial 4x4 utilizado como interface para
o utilizador.
B.
Hardware utilizado no Sistema de Iluminação
No Sistema de Iluminação, utilizou-se o seguinte
hardware:
•
Microcontrolador PIC® 16F777, para interpretar a
Trama que recebe do Controlo Remoto;
•
Lâmpada de LED’s RGB, construída com LED’s
SMD, montados em 5 placas de circuito impresso
dispostas em forma de prisma;
•
Módulo de receção de Infravermelhos, que contem
circuitos internos de amplificação, filtragem e
desmodulação de frequências na ordem dos 3,5 kHz.
•
LCD de 2 linhas com 16 caracteres cada, para se
poderem visualizar as informações necessárias ao
funcionamento do sistema;
•
RTCC (Real-Time Clock), utilizado para enriquecer
o sistema, introduzindo a funcionalidade de um
relógio com alarme;
•
LDR (Light dependent Resistor), utilizada para
introduzir uma funcionalidade de ajuste de brilho automático
para que o sistema se ajuste á luminosidade existente no meio.
C.
Comunicação por Infravermelhos
A comunicação por infravermelhos efetua-se numa
zona do espectro eletromagnético não visível, cujos
comprimentos de onda estão na zona dos 10-5 metros, como
se pode verificar na FIGURA 1.
FIGURA 1 - Espectro Eletromagnético
Para efetuar a comunicação o LED emite um feixe
de luz não-visível que transporta a informação pretendida,
modulada por uma onda quadrada com frequência de 3,5 kHz.
Quando este feixe chega ao módulo de receção é
desmodulado, amplificado e posteriormente entregue ao
microcontrolador, que ordena a execução de uma função
específica do sistema de iluminação.
D.
Sistema de cores RGB
RGB, é a abreviatura do sistema de cores aditivas,
formado por três cores base, o vermelho (Red), o verde
(Green) e o azul (Blue). O propósito principal deste sistema
de cores é a reprodução de cores em dispositivos eletrónicos,
como por exemplo em monitores de televisão e computador,
scanners e câmaras digitais. Este modelo de cores é baseado
na teoria de visão colorida tricromática, e no triângulo de
cores de Maxwell.
FIGURA 2 - Sistema de cores RGB
Neste modelo a cor vermelha, verde e azul são as três
cores primárias, que são combinadas de várias formas de
modo a obter diferentes cores, deste modelo podem obter-se
8 cores fixas que são representadas usualmente em
computação por 1 byte ou 8 bits, sendo que uma cor com
intensidade máxima tem valor 255 e uma cor com intensidade
mínima tem valor 0.
Além das 8 cores fixas pode gerar-se um vasto
conjunto de tons das mesmas, variando a intensidade de cada
cor base independentemente.
E.
Protocolo I2C
No sistema de iluminação para efetuar a
comunicação entre o microcontrolador e o RTCC, foi
necessário utilizar um protocolo específico, o I2C, InterIntegrated Circuit. Como o próprio nome indica é um
protocolo utilizado para efetuar a comunicação entre circuitos
integrados. Este protocolo de comunicação permite uma boa
modularização das comunicações, bem como uma grande
flexibilidade no funcionamento consumindo pouca corrente e
sendo imune a ruídos.
O Barramento I2C é conhecido por utilizar apenas
dois fios de dados para efetuar a comunicação entre os vários
dispositivos eletrónicos, como se pode ver na FIGURA 3.
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referido anteriormente neste artigo. Este sistema possui um
teclado, que permite ao utilizador premir uma tecla e enviar
via infravermelhos uma instrução para o sistema de receção.
Para o efeito foi necessário dimensionar um circuito eficiente,
constituído por 5 blocos principais, tal como se descreve no
seguinte diagrama de blocos.
FUGURA 3 - Estrutura da comunicação I2C
No caso deste sistema, apenas se possui um master e
um slave, em que o master é o microcontrolador e o slave é o
RTCC.
Este protocolo de comunicação tem uma trama com
um formato específico, que é representado de seguida.
FIGURA 4 - Formato da Trama do Protocolo I2C
III.
SISTEMA DESENVOLVIDO
O projeto que foi desenvolvido encontra-se dividido
em duas partes distintas que se interligam entre si, o controlo
remoto e o sistema de iluminação. De um modo geral o
controlo remoto envia as instruções para o sistema de receção
de infravermelhos, que por sua vez entrega a trama recebida
ao microcontrolador. Este, consoante o comando enviado por
infravermelhos executa a operação desejada pelo utilizador.
Este modo de funcionamento foi possível devido a um
dimensionamento correto dos circuitos emissor e recetor, e
uma programação eficiente dos microcontroladores existentes
no sistema. A FIGURA 5 representa de um modo
simplificado o funcionamento do sistema.
FIGURA 5 - Diagrama simplificado do funcionamento do
sistema
A.
FIGURA 6 - Diagrama de blocos do controlo remoto
De um modo geral o funcionamento do controlo
remoto em termos de hardware é, ao premir uma tecla, o
microcontrolador reconhece-a, pois as linhas e as colunas do
teclado matricial estão lidadas diretamente ao porto B da
unidade de processamento, de seguida o microcontrolador,
consoante a tecla que foi premida, envia uma sequência de
bits para o oscilador (NE555N) e para o modulador. Por fim
a trama após ser modulada, é entregue ao emissor de
infravermelhos.
Microcontrolador: O microcontrolador existente no
controlo remoto (PIC® 16F84) tem como funções principais,
interpretar uma tecla que foi premida no teclado, e segundo a
tecla que foi premida, coloca no Pino A3 uma trama que será
posteriormente entregue ao oscilador e ao modulador.
Pode dizer-se que a unidade de processamento é como que o
cérebro que controla todas as operações executadas pelo
sistema controlo remoto.
Oscilador: Em qualquer comunicação sem fios é
necessário modular o sinal que transmite a informação para
que esse mesmo sinal seja menos suscetível a interferências
externas. Para isso foi necessário dimensionar um oscilador,
com base no circuito integrado NE555N, este dispositivo tem
três modos de funcionamento distintos, modo astável, monoestável e biestável, utilizou-se o temporizador em modo
astável que produz uma onda quadrada com uma frequência
de 3,5 kHz, necessária á modulação. Este circuito é
alimentado diretamente a partir do microcontrolador (Pino
A3), para poupar alguma energia, pois este circuito integrado
só é alimentado quando se pretende transmitir uma trama.
Utiliza-se esta frequência pois o bloco de receção de
infravermelhos possui um filtro passa-banda sintonizado para
os 3,5 kHz.
A FIGURA 7 mostra o esquema elétrico
dimensionado para o efeito.
Controlo Remoto
O controlo remoto desenvolvido para este projeto
tem por base o microcontrolador PIC® 16F84, tal como já foi
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pulso, o sinal de saída, VO=0 V. Quando o sinal de
informação se encontra a 5 V (nível lógico 1), ou seja existe
um pulso, o transístor entra em condução e á saída (VO) temse a forma de onda da portadora, com a mesma duração do
impulso de informação, com isto obtém-se o sinal a entregar
ao LED de infravermelhos, já modulado pela portadora de 3,5
kHz que foi gerada pelo oscilador, tal como se pode verificar
pela análise da FIGURA 10.
FIGURA 7 - Circuito de oscilação (NE555N)
Com o circuito acima representado é possível então
gerar a portadora de 3,5 kHz, e com um factor de ciclo o mais
próximo possível de 50%, isto porque ao usar esta topologia
é muito difícil conseguir que o TH (Tempo a High) seja igual
ao TL (Tempo a Low). A FIGURA 8 mostra o sinal
modulante á saída do temporizador NE555N, a escala de
tensão é 5 V e a escala de tempo é de 0,1 ms.
FIGURA 8 - Sinal de saída do oscilador - Sinal Modulante
Modulador: Para efetuar a modulação da Trama, foi
necessário o dimensionamento de um circuito muito simples,
para isso foi utilizado um transístor MOSFET 2N7000, este
encontra-se em regime de comutação, ou seja ou está ao corte
ou na zona de saturação. Optou-se por esta forma de
modulação, pois é de fácil dimensionamento e também de
custo muito reduzido. O esquema elétrico do modulador em
questão é representado na FIGURA 9.
FIGURA 9 - Circuito de Modulação
Neste circuito de modulação visto que o transístor
funciona ou ao corte ou na zona de saturação, obtém-se a
seguinte resposta, quando o sinal de informação (Trama) se
encontra a 0 V (nível lógico 0), ou seja não existe nenhum
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FIGURA 10 - Sinal modulado entregue ao emissor
Emissor de Infravermelhos: O emissor de
infravermelhos que foi utilizado foi o LD 271 da Osram® este
LED tem de ser polarizado, mais uma vez por um transístor
MOSFET 2N7000. É necessário esta polarização, para
garantir uma corrente constante no LED, e ainda para otimizar
o processo de comutação, quando lá chega o sinal de
informação modulado.
A FIGURA 11 representa o esquema elétrico do
emissor de infravermelhos propriamente dito.
FIGURA 11 - Emissor de Infravermelhos
O circuito anteriormente representado funciona da
seguinte forma, á Gate do transístor chega o sinal de
informação modulado, que conforme seja 0 V ou 5 V, faz com
que o transístor fique ao corte ou na zona de saturação
respetivamente, assim o emissor “pisca” á frequência de 3,5
kHz, durante o tempo de duração de um pulso que foi enviado,
para os restantes pulsos da trama o procedimento repete-se.
Com todos estes 5 blocos principais, o controlo remoto
consegue enviar uma trama, que é pouco afetada por
interferências externas, e permite ao utilizador dar uma ordem
de execução ao sistema de receção. Assim consoante a tecla
que for premida no teclado o microcontrolador interpreta-a e
gera uma trama que será enviada para o sistema de
iluminação.
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Software Desenvolvido: Para a execução do controlo
remoto além de todo o hardware que foi dimensionado,
desenvolveu-se também um software no microcontrolador.
O programa que foi desenvolvido no controlo remoto tem
apenas uma função, gerar uma trama de 5 bits, coloca-la no
Pino A3 do microcontrolador para que seja entregue ao
emissor de infravermelhos que envia essa trama para o
sistema de iluminação, para que este execute consoante a
trama recebida uma função específica. A trama que foi
programada no microcontrolador do controlo remoto tem por
base a tabela da seguinte FIGURA .
FIGURA 12 - Trama gerada consoante a tecla premida
Como se pode ver na tabela acima o primeiro bit da
trama é sempre 1, isto para que seja detetado pelo pino do
microcontrolador do sistema de iluminação, os restantes bits
são código binário sequencial.
O fluxograma seguinte representa o programa
principal que foi desenvolvido para gerar a trama acima
descrita.
Programa Principal
impresso em ambiente DXP que comportam 4 LED’s RGB
cada uma, placas essas que são depois interligadas com
sistema controlador, que possui o bloco de receção de
infravermelhos, o LCD, o sensor de Luminosidade, o RTCC
e ainda o sistema de alarme.
O sistema de iluminação/recetor pode ser
representado pelo seguinte diagrama de blocos para que se
compreenda melhor a ligação existente entre cada um dos
blocos que compõem o mesmo.
FIGURA 14 - Diagrama de blocos do sistema de iluminação
Este sistema recetor, ao receber uma trama por
infravermelhos, executa a função que diz respeito á tecla que
foi premida do teclado do controlo remoto, de um modo geral
com o toque numa das teclas, pode ligar ou desligar a
iluminação, mudar de cor, criar uma cor personalizada,
selecionar um modo automático que executa uma sequência
fixa de cores, selecionar um modo sensor em que a
intensidade da luz aumenta ou diminui consoante a
luminosidade existente no meio envolvente, e ainda definir e
visualizar um relógio com alarme.
Ler_Tecla()
Num2String(Tecla)
Str[i]==(1)
Envia Pulso de
duração Tb=(3ms)
S
N
Str[i]==(0)
Não Envia Pulso
Durante 3ms
i<=5
FIGURA 13 - Fluxograma do Programa Principal (Emissor)
B.
Microcontrolador: O microcontrolador que se usou
no desenvolvimento deste sistema de iluminação (PIC
16F777), tem como função controlar todo o sistema, pode
dizer-se que o microcontrolador é o cérebro de todo o sistema,
pois ao receber uma trama por infravermelhos, interpreta-a, e
executa a função que foi ordenada pelo utilizador.
Módulo de Receção de Infravermelhos: O módulo de
receção de infravermelhos que foi utilizado é um produto
SHARP®, o módulo GP1U5. Este recetor de infravermelhos,
é constituído por um foto transístor, mas possui também
circuitos internos de amplificação, filtragem e desmodulação,
para que á saída deste bloco se obtenha um sinal quadrado
perfeito, livre de interferências. A FIGURA 15 representa o
diagrama de blocos interno do módulo de receção.
Sistema de Iluminação
O sistema de iluminação/recetor foi desenvolvido
com base no microcontrolador PIC® 16F777, tal como já foi
referido anteriormente neste relatório. Este sistema tem como
principal função, a iluminação e/ou decoração dinâmica de
um espaço. Para isso foram desenvolvidas 5 placas de circuito
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tensão entre a saída e o comum eletrónico seja 5 V, deste
modo consegue-se obter um sinal igual á trama que foi
enviada a partir do controlo remoto. A FIGURA seguinte
mostra os sinais hipotéticos de entrada e saída desta
montagem.
FIGURA 15 - Diagrama de Blocos do Módulo de Receção
Como se verifica, a unidade de deteção de
infravermelhos é constituída internamente por um foto
transístor, um limitador com condensadores de acoplamento
para retirar a componente DC do sinal recebido, depois tem
um limitador de tensão, um filtro passa-banda centrado na
banda dos 3,5 kHz, um desmodulador, um integrador e por
fim um comparador, que liga na base de um transístor, cujo
coletor é onde se retira o sinal de saída VO. Este sinal que se
obtém deste componente traduz-se na trama que foi enviada
pelo controlo remoto, mas invertida, pelo que é necessário
inverte-la, com recurso ao circuito que vai ser apresentado de
seguida.
Inversor de Sinal: O inversor de sinal consiste numa
montagem com um transístor Bipolar (BJT), uma resistência
de 8,2 kΩ ligada ao Dreno e outra de 1 kΩ ligada á Gate. Este
inversor de sinal foi necessário, visto que o sinal de saída do
módulo de receção (trama que transporta a informação) está
invertido em relação ao que foi enviado a partir do controlo
remoto, ou seja, a saída do recetor de infravermelhos
encontra-se sempre a 5 V quando não existe nenhum sinal
recebido e quando recebe um impulso desce para 0 V. Assim
é necessária a utilização de uma montagem inversora de sinal,
caso contrário seria impossível para o microcontrolador
detetar quando é que está a receber ou não a trama de
informação, pelo pino C7. A FIGURA seguinte representa
esse circuito inversor de sinal.
FIGURA 16 - Esquema elétrico do Inversor de Sinal
A montagem representada na FIGURA funciona da
seguinte forma, quando na Base do transístor se encontra uma
tensão de 5 V (VBE>>0,5 V) vinda do bloco de receção, a
tensão de saída será 0 V pois o transístor encontra-se na zona
ativa, ou seja a queda de tensão entre a saída para o
microcontrolador e o comum eletrónico é 0 V. Quando na
Base do transístor está uma tensão de 0 V (VBE<0,5 V), o
transístor encontra-se ao corte, o que faz com que a queda de
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FIGURA 17 - Sinais de entrada e saída da montagem
inversora
Lâmpada de LED’s RGB: A Lâmpada de LED’s
RGB é o componente que mais se destaca neste projeto,
devido á sua cor e brilho, parâmetros esses que são alterados
quando o utilizador assim o entender. Esta lâmpada foi
desenvolvida com LED’s RGB LRTB G6TG da Osram®
dispostos linearmente numa placa de circuito impresso
desenvolvida para o efeito. As placas de circuito impresso
foram então dispostas em forma de prisma (FIGURA 3-17) e
cobertas com uma cúpula em vidro fosco para que se consiga
obter um espalhamento ideal da luz pelo meio circundante.
FIGURA 18 - Lâmpada de LED's RGB
Esta Lâmpada foi depois interligada com o
microcontrolador, para que este possa controlar as suas
funcionalidades, mas antes foi necessário polarizar cada uma
das três cores com um transístor, para que fosse garantida a
corrente especificada para cada cor dos LED’s. A FIGURA
seguinte mostra o esquema elétrico da Lâmpada.
FIGURA 19 - Esquema elétrico da Lâmpada
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No esquema elétrico anterior, são apenas
representadas duas placas da lâmpada, para as restantes o
esquema é idêntico, ou seja, ao dreno de cada transístor
2N7000, ligam 5 ramos com as respetivas cores que cada
transístor polariza. Deste modo, ao testar a montagem mediuse a corrente em cada um dos ramos de cada cor, obtendo-se
os seguintes valores de corrente (1):
(1)
Assim, pode determinar-se a corrente (2) que cada
transístor conduz, quando todos os LED’s se encontram
ligados.
(2)
Os transístores que foram utilizados nesta montagem
servem como já foi referido para polarizar a lâmpada de
LED’s, isto acontece, porque á gate de cada transístor é ligado
um porto específico do microcontrolador, como é
representado na FIGURA acima. Assim por esta ordem de
ideias, a Gate do transístor que polariza a cor vermelha liga
ao pino C2 do microcontrolador, a Gate do transístor que
polariza a cor verde liga ao pino C1 e a Gate do transístor que
polariza a cor azul liga ao pino B5. Por estes pinos acima
referidos o microcontrolador envia um sinal PWM gerado
internamente, que variando o seu fator de ciclo permite
controlar a intensidade de cada uma das cores e ainda criar
cores personalizadas, aumentando ou diminuindo a
intensidade da cor vermelha, verde e azul independentemente.
RTCC: O relógio de tempo real foi um componente
adicionado a este projeto para o enriquecer. Visto que o
sistema desenvolvido foi aplicado a um candeeiro, que possui
um LCD para mostrar o estado do sistema, foi implementado
este circuito. O RTCC é um pequeno circuito integrado, que
comunica com o microcontrolador através do protocolo I2C,
e tem o seguinte esquema elétrico.
FIGURA 20 - Esquema elétrico do RTCC
O circuito que se encontra acoplado ao RTCC foi
dimensionado com base no seu datasheet, que indicava quais
os componentes a utilizar para obter um funcionamento eficaz
do mesmo. De um modo geral, foi necessário ligar duas
resistências de igual valor, alimentadas por uma fonte de 5 V
nas linhas SCL e SDA do protocolo I2C, um cristal de 32,768
kHz semelhante aos que se podem encontrar em relógios de
pulso e ainda uma pilha de 3,3 V, para quando existir uma
falha de eletricidade, não desacertar o relógio nem o
calendário. A comunicação com este módulo é feita com o
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protocolo I2C, em que o microcontrolador é o Master e o
RTCC é o Slave. Assim este módulo é passivo, apenas fornece
as horas quando o microcontrolador lhe solicita, através de
instruções I2C específicas.
Alarme: Visto que o sistema possui um relógio, decidiu-se
também desenvolver um alarme, que toca consoante a hora
que o utilizador define através do controlo remoto. Este
alarme foi de simples realização, inclui um altifalante
piezoelétrico e uma porta AND, que junta um sinal de PWM
(que origina o som), e uma ligação ao pino B6 do
microcontrolador para ativar ou desativar o alarme. O
esquema elétrico deste módulo de alarme é representado na
FIGURA seguinte.
FIGURA 21 - Esquema elétrico do Alarme
Sensor de Luminosidade (LDR): O sensor de
luminosidade que foi desenvolvido consiste também num
circuito de muito simples execução, mas que se revela muito
útil, seja num cenário de um candeeiro ou qualquer outro
cenário onde se possa aplicar este sistema. Basicamente este
sensor de luminosidade baseado numa LDR permite,
consoante a luz existente no meio circundante, aumentar ou
diminuir a intensidade da luz do candeeiro, para que se
consiga poupar alguma energia. Para isso, quando no meio a
luz é intensa, a luminosidade do candeeiro é baixa, quando a
luz no meio é baixa, a luminosidade do candeeiro aumenta.
Com isto, pretende-se que por exemplo de dia, o
candeeiro acenda só a título decorativo, e durante a noite, ou
quando não existem outras fontes de luz o candeeiro tem uma
função não só decorativa mas também de iluminação.
A FIGURA seguinte representa o esquema elétrico da
montagem.
FIGURA 22 - Esquema elétrico do sensor de luminosidade
Este circuito elétrico é ligado ao Pino A0 do
microcontrolador, pino esse que foi definido para ser o canal
1 do ADC, deste modo, o microcontrolador converte a queda
de tensão na LDR, e traduz essa tensão analógica num número
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binário de 14 bits, que depois se traduz num valor de PWM
que será aplicado á lâmpada do candeeiro para aumentar ou
diminuir a intensidade.
LCD: O sistema possui um LCD, para mostrar o
estado do sistema, ou seja, para que o utilizador saiba que
comando está a enviar para o candeeiro. Deste modo o LCD
mostra o menu em que o utilizador se encontra, o
relógio/alarme (quando solicitado) entre outras informações
relativas ao sistema.
Este Display encontra-se ligado ao Porto D do
microcontrolador (linhas de dados) e ao Porto E (linhas de
controlo), e é alimentado por uma tensão contínua de 5 V.
Software Desenvolvido: O programa que foi
desenvolvido no sistema de iluminação tem como principal
função, interpretar a trama que chega via infravermelhos, e
consoante o código nela presente, executa uma função, que
pode ser ligar ou desligar a iluminação, criar uma cor
personalizada, definir um relógio e um alarme, selecionar um
modo de cor automática e ainda selecionar um modo sensor,
isto tudo é possível com recurso a várias funções que se
desenvolveram ao longo da programação deste sistema. A
FIGURA 23 representa o fluxograma do programa principal
desenvolvido no sistema de iluminação.
FIGURA 23 - Fluxograma do Programa Principal (Recetor)
Como se verifica no Fluxograma o programa criado
no microcontrolador do sistema de iluminação é composto
por várias funções principais, são elas:
•
Função Espera Tecla: Esta função é responsável pela
interpretação da trama enviada pelo controlo remoto. Assim
que o microcontrolador deteta um pulso vindo do modulo de
receção de infravermelhos, recebe os impulsos e reconstrói a
Trama. Consoante o modo selecionado, associa um valor á
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variável “tecla” que vai ser retornada para posterior
processamento do programa. O fluxograma seguinte mostra o
funcionamento detalhado desta função.
•
Modo predefinido: Este é o modo principal do
sistema de iluminação. Ao carregar na 4ª tecla do controlo
remoto, esta função é cativada, e o utilizador pode selecionar
uma das sete cores principais que é possível gerar com o
sistema de cores RGB, isto é possível selecionando a cor
desejada, premindo as teclas 1 até 9. Depois na 10ª tecla, é
possível selecionar um modo automático, que varia a cor da
luz numa sequência fixa, e ainda premindo a tecla 14 é
possível selecionar o modo sensor, em que a intensidade da
luz varia consoante a iluminação existente no meio
envolvente. O Programa mantém-se nesta função até que seja
premida a tecla 16.
FIGURA 24 - Fluxograma da Função Espera Tecla
•
Modo Manual: o modo manual é ativado quando é
premida a tecla 8 no controlo remoto, e permite ao utilizador
variar separadamente a intensidade de cada uma das 3 cores
base em separado. De um modo geral, as teclas 1 e 5
aumentam e diminuem, respetivamente, a intensidade da cor
vermelha, as teclas 2 e 6 aumentam e diminuem, a intensidade
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da cor verde e as teclas 3 e 7 aumentam e diminuem, a
intensidade da cor azul. Como no caso anterior o programa
mantém-se nesta função até que seja premida a tecla 16.
•
Modo Relógio: a função modo relógio é ativada
quando se pressiona no controlo remoto a tecla 12 e permite
ao utilizador definir a hora atual, e definir uma hora de alarme.
Para definir a hora atual, basta premir a tecla 13, e definir a
hora com o teclado numérico. Para definir o alarme é
necessário premir a tecla 15 e definir a hora de alarme também
com o teclado numérico.
IV.
PROTOTIPO REALIZADO
Com o objetivo de tornar todo o sistema mais viável
e compacto, desenvolveram-se três placas de circuito
impresso, uma para o controlo remoto, uma para o sistema de
iluminação e outra para a Lâmpada de LED’s. O desenho das
placas de circuito impresso foi feito em ambiente Protel DXP,
são placas dupla face, onde alguns componentes são
montados em sockets, para facilitar se necessário a sua
substituição.
Com estas placas foi desenvolvido o protótipo final,
que se revelou compacto e robusto, como se pretendia.
FIGURA 25 - Protótipo final (comando e sistema de
iluminação)
V.
CONCLUSÃO
Os microcontroladores utilizados neste projeto são
ferramentas muito poderosas, e permitiram efetuar o controlo
de todo o sistema que foi desenvolvido. Para trabalhar com
estes microcontroladores, foi necessário efetuar um estudo
profundo das suas características elétricas e lógicas, de modo
a compreender de que forma atuam, que Portos são de entrada
ou saída, de que forma é que se define o PWM que controla
as cores, quais são as interrupções internas e externas
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disponíveis, como se controlam e de que forma se controla e
define o ADC utilizado para o sensor de luminosidade.
Em suma o projeto aqui descrito, cumpre não só com
todos os objetivos que foram definidos no início mas ainda
mais alguns, e foi um projeto com um tema muito
interessante, pois apesar de ter sido desenvolvido um
candeeiro, este sistema poderia ser aplicado nas mais variadas
áreas de desenvolvimento, por exemplo, numa casa
inteligente, este sistema de iluminação poderia ser aplicado
em todas as divisões da casa porque através de um controlo
remoto poderiam ser criados ambientes diferentes em cada
parte da casa, consoante quem fossem os utilizadores do
espaço e os seus gostos particulares. O projeto que foi
desenvolvido poderia também ser aplicado noutras áreas, por
exemplo painéis de publicidade de LED’s, onde a mensagem
a escrever seria enviada por um controlo remoto semelhante
ao desenvolvido.
VI.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] - http://ledneonlight.com/Tri_Star_E27.pdf
[2] - http://en.wikipedia.org/wiki/Infrared
[3] – http://pt.wikipedia.org/wiki/RGB
[4] - http://catalog.osramos.com/catalogue/
catalogue.do?favOid=0000000000031bac00060023&act=sh
owBookmark
[5]–http://ww1.microchip.com/downloads/en
/DeviceDoc/30498c.pdf
[6] - http://www.microchip.com
[7]–http://ww1.microchip.com/downloads/
en/DeviceDoc/30430c.pdf
[8]-http://datasheet.octopart.com/NE555NSTMicroelectronics-datasheet-503160.pdf
[9] – http://www.farnell.com/datasheets/54317.pdf
[10]-http://www.powertip.com.tw/products_2.php?
product_id=1171044136&area_idbk=
[11]
-http://catalog.osramos.com/catalogue/catalogue.do?
favOid=0000000200016282001a0023&act=showBookmark
[12]
–
http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/104249/SHARP/GP1U50X.html
[13]–http://www.datasheetcatalog.net/pt/datasheets_pdf/
2/N/7/0/2N7000.shtml
[14] - http://www.ti.com/lit/ds/slus900d/slus900d.pdf
[15]–http://www.robotelectronics.co.uk/acatalog/I2C_Tutorial.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C
http://www2.eletronica.org/artigos/eletronicadigital/protocolo-de-comunicacao-i2c
[16] – http://www.ccsinfo.com/content.php?page=compilers
[17] – http://www.labcenter.com/index.cfm
[18] - http://www.altium.com/
[19] - http://pt.scribd.com/doc/7271003/Protel-
September 04-07, 2016, Castelo Branco, PORTUGAL
II World Congress on Computer Science, Engineering and Technology Education
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