Evaldo Fortunato Junior - Home | Engenharia de Computação

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ
CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS
ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO
ADRIANNO ESNARRIAGA SERENO
GUSTAVO HENRIQUE FURLAN
HENRIQUE GONÇALVES DE PADUA REIS
SMART BLIND
CURITIBA
2010
2
ADRIANNO ESNARRIAGA SERENO
GUSTAVO HENRIQUE FURLAN
HENRIQUE GONÇALVES DE PADUA REIS
SMART BLIND
Projeto apresentado como requisito
de avaliação parcial dos programas
de aprendizado em Física III e
Resolução
de
Problemas
de
Engenharia, do curso de Engenharia
de
Computação
da
Pontifícia
Universidade Católica do Paraná,
orientado pelos professores Gil
Marcos Jess e Afonso Ferreira
Miguel.
CURITIBA,
2010
3
Resumo
O projeto Smart Blind, referente ao terceiro período do curso de Engenharia de
Computação da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, consiste no desenvolvimento de
uma persiana automática com capacidade de captação de energia solar e controle de suas
ações a partir de um controle remoto.
Palavras-Chave: Smart Blind, Persiana, Automática, Controle Remoto, Energia Solar.
4
Abstract
Project Smart Blind, regarding the third period of the course of Computer Engineering at the Catholic
University of Parana, is to develop an automatic blind capable of capturing solar energy and control of
their actions from a remote control.
Keywords: Smart Blind, Blind, Automatic, Remote Control, Solar Energy
5
Sumario
Introdução ...................................................................................................................................... 7
Objetivos ......................................................................................................................................... 8
Geral ............................................................................................................................................. 8
Específicos................................................................................................................................... 8
Materiais Utilizados ...................................................................................................................... 9
Descrição Geral ............................................................................................................................10
Historia do Projeto ......................................................................................................................10
Hardware.....................................................................................................................................10
Maquete ......................................................................................................................................14
Software .........................................................................................................................................17
Descrição Detalhada ...................................................................................................................17
Diagramas Elétricos ....................................................................................................................18
Glossário .......................................................................................................................................19
Problemas Apresentados ...........................................................................................................21
Conclusão......................................................................................................................................23
Referencias Bibliográficas .........................................................................................................24
Anexos ...........................................................................................................................................25
6
Índice de figuras
Figura 1 - Circuito Ponte H ............................................................................................................11
Figura 2 - Receptor Infra Vermelho ..............................................................................................12
Figura 3 - Motor DC fico na persiana ...........................................................................................12
Figura 4 - Encoder .........................................................................................................................13
Figura 5 - Transistor 2N3055 usado para captação de energia solar .......................................13
Figura 6 - Primeiros passos na construção da maquete ............................................................14
Figura 7 - Começo da maquete 1 .................................................................................................14
Figura 8 - Começo da maquete 2 .................................................................................................15
Figura 9 - Pintura da Maquete ......................................................................................................15
Figura 10 - Finalização da maquete .............................................................................................15
Figura 11 - Maquete pronta 1........................................................................................................16
Figura 12 - Maquete pronta 2........................................................................................................16
Figura 13 - Dia apresentação Prof. Afonso..................................................................................16
Figura 14 - Plano de Trabalho do Projeto ....................................................................................17
Figura 15 - Esquemático ponte H .................................................................................................18
Figura 16 - Esquemático receptor infravermelho ........................................................................18
Figura 17 .........................................................................................................................................25
Figura 18 .........................................................................................................................................25
Figura 19 .........................................................................................................................................26
Figura 20 .........................................................................................................................................26
Figura 21 .........................................................................................................................................27
Figura 22 .........................................................................................................................................27
Figura 23 .........................................................................................................................................28
Figura 24 .........................................................................................................................................28
Figura 25 .........................................................................................................................................29
Figura 26 .........................................................................................................................................29
Figura 27 .........................................................................................................................................30
Figura 28 .........................................................................................................................................30
Figura 29 .........................................................................................................................................31
7
Introdução
Cada vez mais no mundo existe a preocupação com questões ambientais, com isso,
vem sendo de grande importância desenvolvimentos que visam esse objetivo. Visando
esses problemas, foi elaborado o projeto Smart Blind, que consiste em uma persiana que
capta energia solar, transformando-a em energia elétrica, e também a persiana pode ser
controlada a partir de um controle remoto.
8
Objetivos
Geral
Com base nos programas de aprendizagem de Física III e Resolução de Problemas de
Engenharia, construir um projeto que utilize integre essas disciplinas.
Específicos
1. Estudar e testar o processo de captação de energia solar;
2. Confeccionar circuitos para teste de captação;
3. Estudar o processo de funcionamento de um controle remoto;
4. Confeccionar maquete ilustrando o funcionamento da persiana;
5. Programação do controle remoto;
6. CD do projeto com fotos, vídeos, documentação e pagina para internet.
9
Materiais Utilizados

8 diodos 1N4007

8 transistores TIP31

20 transistores 2N3055

4 opto acopladores 4N25

Resistores

Capacitores

Led’s

Cola Quente

Madeira

Estanho

Chave Fim de Curso

Chave Ótica

2 Motores DC

Correia Dentada

Persiana

Controle Remoto Universal

Células Fotovoltaicas

Bateria 6V 4500mAh
10
Descrição Geral
Historia do Projeto
A primeira idéia que surgiu foi a confecção de uma fechadura eletro magnética,
porem logo no inicio, a ideia foi descartada pelo professor Afonso, pelo fato de envolver
conteúdo que será aprofundado apenas no segundo semestre, passado algum tempo,
surgiu a ideia de se fazer uma persiana automática, com apenas um objetivo: você sentado
em seu sofá conseguir executar ações com a persiana, meramente por conforto.
A ideia foi bem aceita por todos os integrantes do grupo, porem ao citar a ideia ao
professor Afonso, ele não viu muita utilidade em apenas automatizar o processo de
abertura, fechamento e rotação da persiana. Após conversa com os professores começaram
então a amadurecer ideias de implementações para a persiana, foi onde surgiu a ideia de se
captar energia solar a partir da persiana.
Formuladas as ideias, essas foram passadas para o papel em forma de um plano
de trabalho e entregue aos professores como proposta do projeto. O projeto foi aprovado e
teve como início o dia 23/03/2010.
Hardware
Os primeiros passos para a construção da estrutura da persiana surgiram após a
aprovação do projeto. Teve-se, primeiramente, de se pensar como seria a estrutura para
começar a se pensar em possíveis métodos de realização do projeto.
A ideia inicial foi de se adquirir uma persiana, para estudar detalhadamente o
funcionamento e pensar em possíveis soluções e problemas que poderiam existir. Foi
adquirida uma persiana, e a partir de então, começamos a realizar testes para saber qual
seriam as melhores opções para os materiais que precisávamos adquirir.
A primeira decisão tomada foi a de se usar um motor DC. Após varias discussões a
respeito decidiu-se que a melhor opção seria utilizar motores DC, mesmo com o fato de não
se conseguir grande precisão com esse tipo de motor.
Surgiu então a necessidade de controlar a rotação desses motores. Depois de
pesquisas resolvemos utilizar de uma Ponte H para o controle de rotação.
11
Figura 1 - Circuito Ponte H
Foram calculados os valores dos resistores, e foram procurados transistores que
melhor se adequavam as condições de tensão e corrente dos motores.
Depois de testado o funcionamento dos motores a partir de uma ponte H, foi
confeccionado duas placas de circuito impresso, uma para o controle de rotação da
persiana, e a outra para abertura e fechamento.
Com as placas prontas, deu inicio então aos testes das pontes com o micro
controlador, que foi utilizado no projeto. Para o projeto foi utilizado o micro controlador
“Arduino”, que foi sugerido pelo professor Afonso pela fácil utilização.
Depois de realizados o teste das pontes passou-se então a se preocupar com o
acionamento da persiana via controle remoto. Foram procurados diversas formas de se
utilizar um controle remoto via micro controlador ( Arduino ); Depois de obtidos alguns
circuitos para, para captar o sinal infravermelho do controle, foi adquirido um controle
universal onde a partir daí começamos os testes para decifrar os códigos do controle.
Para isso, foi necessária a utilização de um osciloscópio para a visualização do
sinal que era transmitido pelo controle, e a partir daí, dar inicio aos primeiros passos da
parte de software. Ao fim dos testes, foi confeccionada uma placa de circuito impresso para
o receptor infravermelho.
12
Figura 2 - Receptor Infra Vermelho
Fig. 2 – Receptor Infravermelho
Com a parte das pontes e o controle remoto praticamente pronto, começamos a
nos preocupar com a integração de todos os circuitos, e foi dado inicio a programação.
Foram colocados os motores e os “encoders” na estrutura da persiana, com intuito
de determina o quanto os motores se moveram e em qual sentido.
Figura 3 - Motor DC fico na persiana
13
Figura 4 - Encoder
O próximo passo foi iniciar uma procura sobre uma solução para captar energia
solar. Pelo fato de que encontramos problemas para encontrar células fotovoltaicas, fizemos
a tentativa de captar energia a partir de transistores 2N3055, porem ao se montar o circuito
e realizar testes, ficou constatado que a corrente era mínima, embora a tensão fosse o
necessário. Porem depois de algum tempo conseguimos algumas células fotovoltaicas, foi
onde conseguimos um resultado excelente.
Figura 5 - Transistor 2N3055 usado para captação de energia solar
14
Maquete
Depois da toda a parte eletrônica bem estrutura, começamos a estruturar a
maquete da persiana. Toda a maquete foi confeccionada em madeira MDF. Foi feita uma
estrutura para fixação da persiana e uma caixinha onde foram colocadas todas as placas
utilizadas no projeto.
Figura 6 - Primeiros passos na construção da maquete
Figura 7 - Começo da maquete 1
15
Figura 8 - Começo da maquete 2
Figura 9 - Pintura da Maquete
Figura 10 - Finalização da maquete
16
Figura 11 - Maquete pronta 1
Figura 12 - Maquete pronta 2
Figura 13 - Dia apresentação Prof. Afonso
17
Software
A parte de software foi desenvolvida a partir de uma plataforma contida no próprio
micro controlador escolhido para o projeto. Toda a programação foi feita baseada e C/C++.
A maior preocupação quanto a programação se deu na interpretação dos códigos recebidos
pelo controle remoto.
Descrição Detalhada
Figura 14 - Plano de Trabalho do Projeto
18
Diagramas Elétricos
Figura 15 - Esquemático ponte H
Figura 16 - Esquemático receptor infravermelho
19
Glossário
Arduino: é um computador físico baseado numa simples plataforma de hardware livre,
projetada com um micro controlador de placa única, com suporte de entrada/saída embutido
e uma linguagem de programação padrão. Sua placa consiste em um micro controlador
Atmel AVR de 8 bits, com componentes complementares para facilitar a programação e
incorporação para outros circuitos. Um importante aspecto é a maneira padrão que os
conectores são expostos, permitindo o CPU ser interligado a outros módulos expansivos,
conhecidos como shields. O Arduino IDE é uma aplicação multi-plataforma escrita em Java
na qual é derivada dos projetos Processing e Wiring. Tendo uma biblioteca chamada
"Wiring", ele possui a capacidade de programar em C/C++.
Diodo: É o tipo mais simples de semicondutor. É um dispositivo eletrônico composto de
cristal semicondutor de silício ou chumbo numa película cristalina, usado como retificador de
corrente elétrica. Nesse projeto é utilizado para impedir que a corrente que passa pela ponte
H, circule pelos dois lados.
Transistor: O transístor (ou transistor) é um componente eletrônico cujas funções principais
são amplificar e chavear sinais elétricos. O termo vem de transfer resistor (resistor de
transferência), como era conhecido pelos seus inventores.
Optoacoplador: é um dispositivo de emissão e recepção de luz que funciona como um
interruptor excitado mediante a luz. A mencionada luz é emitida por um diodo LED que
satura um componente optoelectrônico, normalmente em forma de foto transistor. A
vantagem fundamental de um optoacoplador é o isolamento elétrico entre os circuitos.
Circuito Integrado: É abreviado por CI, é um dispositivo microeletrônico que consiste de
muitos transistores e outros componentes interligados capazes de desempenhar muitas
funções. Suas dimensões são extremamente reduzidas, os componentes são formados em
pastilhas de material semicondutor.
Placa Fenolite: É uma placa de plástico com cobre em uma de suas superfícies, é utilizada
para a impressão de circuitos.
20
Eagle: Programa utilizado para o desenho de circuitos para posteriormente serem
impressos na placa de fenolite.
Resistor: Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à
passagem de corrente elétrica, através de seu material. A essa oposição damos o nome de
resistência elétrica, que possui como unidade ohm. Causam uma queda de tensão em
alguma parte de um circuito elétrico, porém jamais causam quedas de corrente elétrica. Isso
significa que a corrente elétrica que entra em um terminal do resistor será exatamente a
mesma que sai pelo outro terminal, porém há uma queda de tensão.
Capacitor: é um componente que armazena energia num campo elétrico, acumulando um
desequilíbrio interno de carga elétrica. A propriedade que estes dispositivos têm de
armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é chamada de
capacitância ou capacidade (C) e é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q)
armazenada pela diferença de potencial ou tensão (V) que existe entre as placas.
LED: vem do termo Light Emitting Diode ( diodo emissor de luz ). Sua funcionalidade básica
é a emissão de luz em locais e instrumentos onde se torna mais conveniente a sua
utilização no lugar de uma lâmpada.
Infravermelho: a radiação infravermelha é uma radiação não ionizante na porção invisível
do espectro eletromagnético que está adjacente aos comprimentos de onda longos, ou final
vermelho do espectro da luz visível. Esta radiação é muito utilizada nas trocas de
informações entre computadores, celulares e outros eletrônicos.
Chave de Fim de Curso: é um termo genérico usado para referir-se a um comutador
elétrico que é capaz de ser atuado por uma força física muito pequena. Ela é muito comum
devido ao seu pequeno custo e extrema durabilidade.
21
Problemas Apresentados
PROBLEMAS APRESENTADOS
SOLUÇÕES ENCONTRADAS
1º problema: Escolha dos motores, pelo
Solução
fato de precisarmos detectar a posição
escolhido a utilização de motores DC,
dos motores.
mesmo com o fato de se precisar de
para
o
1º
problema:
Foi
certa precisão. Para resolver o problema
da precisão surgiu a necessidade de se
instalar encoders.
2º
problema:
Um sistema que
nos Solução para o 2º problema: Para esse
permitiria inverter a rotação dos motores
caso foram criadas duas pontes H, que
quando fosse necessário via arduino.
permitem mudar a rotação do motor ao
se mandar um sinal para a ponte.
3º problema: Chaveamento da ponte com Solução para
5 v.
o 3º problema:
Para
resolver este problema, foi necessária a
utilização um opto acoplador. Onde ao
mandar um sinal de 5v para a ponte, ela
libera
a
passagem
de
12v,
para
alimentação dos motores.
4º Problema: Leitura do sinal emitido pelo
Solução para o 4º problema: Para isso foi
controle remoto.
necessário à criação de um receptor
infravermelho, e com a utilização de um
osciloscópio foi possível a visualização
do sinal emitido.
5º
Problema:
Interpretação
e
Solução
para
o
5º
problema:
Foi
implementação dos sinais emitidos pelo
solucionado o problema utilizando uma
arduino.
biblioteca do arduino que era capaz de
interpretar o sinal emitido pelo controle
remoto.
22
6º Problema: Implementações de códigos
Solução
para
o
6º
problema:
Foi
que permitiriam saber a posição da
necessário a utilização de chave de fim
persiana.
de curso e também de uma chave ótica,
para se conseguir ao menos um pouco de
precisão nas ações da persiana.
23
Conclusão
A ideia inicial de apenas controlar uma persiana a partir de um controle remoto, foi
cada vez se aperfeiçoamento e abrindo espaço para novas ideias. Aos poucos as
expectativas dos integrantes do grupo foram crescendo a fim de se obter sucesso com o
projeto. O empenho dos integrantes para com o projeto foi aumentando cada vez mais
conforme foram surgindo imprevistos e necessidades no projeto. Entretanto o que no
começo seria um simples projeto com objetivo de proporcionar conforto se tornou um projeto
diferente e com uma preocupação que cada vez mais se fortalece no mundo em que
vivemos que é a busca de meios de geração de energia limpa, sem danos ambientais. Ao
longo de todo o período de confecção do projeto foram surgindo inúmeros problemas que
forçou a todos do grupo a partir em buscas de novos conhecimentos para solucionar os
problemas relacionados ao projeto, com isso finalizamos o projeto com um enorme ganho
de conhecimento, e com a certeza de que todos os integrantes ganharam muita experiência
no tempo em que realizamos este projeto.
24
Referencias Bibliográficas

Arduino. Disponível através da URL:
http://www.arduino.cc - Acessado em 21/06/2010

Diodo. Disponível através da URL:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_semicondutor - Acessado em 21/06/2010

Transistor. Disponível através da URL:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Transístor - Acessado em 21/06/2010

Optoacoplador. Disponível através da URL:
http://www.mikroe.com/pt/product/books/picbook/capitulo6
-
Acessado
22/06/2010

Infravermelho. Disponível através da URL:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Radiação_infravermelha - Acessado em 22/06/2010
em
25
Anexos
Figura 17
Figura 18
26
Figura 19
Figura 20
27
Figura 21
Figura 22
28
Figura 23
Figura 24
29
Figura 25
Figura 26
30
Figura 27
Figura 28
31
Figura 29