- Educatronica

Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza
GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO
Etec “JORGE STREET”
TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA
Globo de Led Interativo para Projeção Virtual
GLIPV
Andréia Joice Oliveira Meira
Bruna Natany de Vecchio
Wallace Camilo Costa Oliveira
Professor Orientador:
Larry Aparecido Aniceto
São Caetano do Sul / SP
2013
Globo de Led Interativo para Projeção Virtual
GLIPV
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como pré-requisito para
obtenção do Diploma de Técnico em
Eletrônica.
São Caetano do Sul / SP
2013
Dedicamos este trabalho principalmente, aos
professores Ivo, Laurindo, Salomão, Larry,
Eduardo, Porfírio e Renan, por acreditarem e
contribuírem com as nossas ideias e por nos
mostrar novos caminhos. E a todos os demais
que nos concederam ensinamentos ao longo
de todo o curso.
AGRADECIMENTOS
Gostaríamos de agradecer primeiramente a Deus por iluminar nossa jornada,
aos nossos familiares por todo o apoio concedido, e por fim, a todos os professores
que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste projeto.
RESUMO
O Globo de LED Interativo para Projeção Virtual consiste na geração de uma
imagem virtual rotacional a partir do estudo da persistência retiniana, o seu principal
objetivo é ser utilizado para fins didáticos, podendo gerar qualquer tipo de imagem
com até 60.000 pixels.
Palavras-chave: Persistência retiniana, globo de LEDs, projeção virtual.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Regiões do olho humano ......................................................................... 12
Figura 2 – Resistor SMD ........................................................................................... 12
Figura 3 – ArduinoMega2560 .................................................................................... 13
Figura 4 – Fototransistor ........................................................................................... 14
Figura 5 – LED RGB PLCC6 ..................................................................................... 14
Figura 6 – Pinagem LED RGB PLCC6 ...................................................................... 14
Figura 7 – Encapsulamento do Emissor Infravermelho ............................................. 15
Figura 8 – Memória SRAM CY62128E ...................................................................... 16
Figura 9 – Registrador de Deslocamento 74HC595D ............................................... 16
Figura 10 – Conversor Serial Bluetooth ................................................................... 17
Figura 11 – Conversor RS232 para Bluetooth .......................................................... 17
Figura 12 – Capacitor eletrolítico .............................................................................. 17
Figura 13 – Capacitor de tântalo .............................................................................. 18
Figura 14 – Diodo UF4007 ........................................................................................ 18
Figura 15 – Diagrama em blocos .............................................................................. 19
Figura 16 – Fluxograma do Processo ...................................................................... 21
Figura 17 – Esboço parte mecânica ......................................................................... 22
Figura 18 – Contato rotativo ..................................................................................... 23
Figura 19 – Eixo de aço inox ½’’ ............................................................................... 24
Figura 20 – Motor DC 2.000rpm ............................................................................... 24
Figura 21 – Contato rotativo ..................................................................................... 25
Figura 22 – Barra de ferro ........................................................................................ 25
Figura 23 – Suporte de sustentação do eixo ............................................................. 25
Figura 24 – Superfície da mesa ............................................................................... 26
Figura 25 – Furação para fixação do motor .............................................................. 26
Figura 26 – Mesa e suporte de fixação após acabamento ....................................... 26
Figura 27 – Rolamento ............................................................................................. 27
Figura 28 – abas de aço inox ................................................................................... 27
Figura 29 – Protótipo ................................................................................................ 29
Figura 30 – Composição das cores .......................................................................... 31
Figura 31 – Imagem Mapa Mundi Plano .................................................................. 32
Figura 32 – Imagem em pixels ................................................................................. 33
Figura 33 – Imagem em bits ..................................................................................... 34
Figura 34 – Imagem Corel PhotoPaint ..................................................................... 35
Figura 35 – Esquema elétrico ................................................................................... 37
Figura 36 – Circuito impresso ................................................................................... 37
Figura 37 – Layout da placa ..................................................................................... 38
Figura 38 – Projeção do Globo ................................................................................. 39
Figura 39 – Carta de tempo do registrador de deslocamento 74HC595D ................ 40
Tabela 1 – Custos Elétricos....................................................................................... 20
Tabela 2 – Custos mecânicos ................................................................................... 27
Tabela 3 – Cronograma ............................................................................................ 28
Tabela 4 – Tabela verdade........................................................................................ 31
Tabela 5 – Características Elétricas do LED ............................................................. 36
Sumário
INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 9
1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 11
1.1 Persistência Ótica ............................................................................................... 11
1.1.1 O Olho Humano e a Persistência Retiniana .............................................. 11
1.2 Estudos dos Componentes/Tecnologias ............................................................. 12
1.2.1 Resistores SMD ........................................................................................ 12
1.2.2 ArduinoMega2560 ..................................................................................... 13
1.2.3 Fototransistor ............................................................................................ 13
1.2.4 LED RGB PLCC6 ...................................................................................... 14
1.2.5 Emissor Infravermelho .............................................................................. 15
1.2.6 Resistores de Pull-Ups/Pull-Down............................................................. 15
1.2.7 Memória SRAM CY62128E ....................................................................... 15
1.2.8 Registrador de Deslocamento 74HC595D ................................................ 16
1.2.9 Conversor Serial Bluetooth ....................................................................... 16
1.2.10 Capacitor Eletrolítico ............................................................................... 17
1.2.11 Capacitor de Tântalo ............................................................................... 17
1.2.12 Diodo UF4007 ......................................................................................... 18
2 PLANEJAMENTO DO PROJETO ......................................................................... 19
2.1 Diagrama em Blocos ........................................................................................... 19
2.2 Processos Elétricos ............................................................................................. 20
2.2.1 Tabela de Custos ...................................................................................... 20
2.2.2 Fluxograma do Processo .......................................................................... 21
2.3 Processos Mecânicos ......................................................................................... 22
2.3.1 Croqui........................................................................................................ 22
2.3.2 Folhas de Processo................................................................................... 24
2.3.3 Tabela de Custos ...................................................................................... 27
2.4 Cronograma ........................................................................................................ 28
3 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ................................................................... 29
3.1 Protótipo .............................................................................................................. 29
3.2 Resoluções da imagem ....................................................................................... 30
3.3 Formação da tabela ............................................................................................ 30
3.4 Formação da imagem ......................................................................................... 31
3.5 Circuito ................................................................................................................ 36
3.5.1 Layout da Placa......................................................................................... 38
4 RESULTADOS OBTIDOS ..................................................................................... 39
4.1 Funcionamento Técnico ...................................................................................... 40
4.2 Funcionamento Usuário ...................................................................................... 41
4.3 Características .................................................................................................... 41
CONCLUSÃO ........................................................................................................... 42
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 43
ANEXOS ................................................................................................................... 45
9
Introdução
Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma imagem virtual rotacional a
partir do estudo da persistência retiniana, conhecido também como ilusão de ótica
que designa o fenômeno provocado pelo olho humano ao reter a imagem de um
objeto por fração de segundos na retina, formando assim uma imagem virtual.
Consiste em um circuito eletrônico baseado no Microcontrolador ATmega2560 usado
para acender os LEDs a medida que o circuito é rotacionado. O projeto também usa
a comunicação Bluetooth possibilitando enviar imagens através de um computador
em tempo real mesmo em movimento.
A ideia é gerar a imagem do Globo Terrestre que posteriormente poderá ser
usado para fins didáticos, através da projeção de uma imagem esférica em três
dimensões.
Objetivos
Desenvolver uma imagem virtual esférica interativa para ser utilizada em
instituições de ensino, com o intuito de despertar o interesse dos alunos, tornando a
aula mais interessante e proporcionando melhor aproveitamento do conteúdo.
Justificativa
Ao notarmos a dificuldade dos professores em sala de aula para manter a
atenção dos alunos, decidimos criar um projeto didático que possa ser usado por
profissionais de todas as áreas, como por exemplo: em eletrônica, relacionado à
programação do globo e geração de imagens, e geográfica, a partir da imagem do
mapa mundi projetada em sua superfície, incentivando assim o estudo do globo
terrestre. Com a geração da imagem tridimensional e outros recursos podemos
aumentar a aprendizagem através dos avanços tecnológicos, além disso, o GLIPV é
capaz de projetar outras imagens, podendo ser usado para outros fins.
10
Metodologia
Foram realizadas pesquisas via internet sobre a ilusão de ótica e a formação
da imagem na retina do olho humano. A realização desse projeto foi baseada em
trabalhos anteriores referentes à persistência retiniana.
A construção do globo iniciou-se pelo desenvolvimento das placas que foram
simuladas pelo Proteus, e testadas com o auxílio de um osciloscópio digital. Utilizouse o AVR Studio 4 para o desenvolvimento, simulação e compilação do programa
em linguagem Assembler, e o CorelDraw 12 para a formação da imagem que será
apresentada no globo, possibilitando a criação da tabela de bits. A dificuldade
encontrada foi à confecção da estrutura mecânica por falta de conhecimento na
área, por isso, o projeto obteve ajuda de amigos e professores.
11
1 Fundamentação Teórica
O GLIPV é constituído por um eixo tracionado por um motor e três placas
semicirculares compostas por uma coluna de LEDs RGB, quando colocados sobre
alta rotação, cria uma excitação no olho humano que mantém a imagem persistente
na via ocular por uma fração de segundos, apresentando a imagem sem
interrupções.
1.1 Persistência Ótica
A persistência ótica é a capacidade que a retina possui para manter a imagem
de um objeto por cerca de 0,05 à 0,1 segundos após o desaparecimento da mesma,
do campo de visão. Em outras palavras, é a fração de segundo em que a imagem
permanece armazenada na retina.
A formação da imagem deve ser de 24 fotogramas por segundo (f.p.s) ou
superior, para que a imagem seja apresentada continuamente sem oscilações.
Para conseguir o movimento contínuo, a troca de imagens congeladas deve
ser rápida de modo que quanto maior for à velocidade de captação, melhor a
qualidade do movimento registrado.
1.1.1 O Olho Humano e a Persistência Retiniana
O olho humano é responsável pela captação de luz refletida pelos objetos ao
nosso redor. Quando olhamos para algum objeto, a imagem atravessa à córnea,
chegando à íris que regula a quantidade de luz por meio da pupila. Então, a imagem
atinge o cristalino e é focada sobre a retina. O cristalino produz uma imagem
invertida, e o cérebro a converte para a posição correta.
A energia luminosa é transformada em impulsos bio-elétricos enviados para o
cérebro, que os interpreta como imagem. Após o cérebro ter recebido os impulsos, a
retina continua mandando informações por aproximadamente 1/10 de segundo após
o último estímulo luminoso. Por esta razão, se uma imagem for alterada em uma
12
velocidade superior, elas tendem a se complementarem no cérebro, provocando a
sensação de movimento contínuo.
Figura 1 – Regiões do olho humano
1.2 Estudos dos Componentes/Tecnologias
1.2.1 Resistores SMD
Atualmente utilizados por circuitos compactos, equipamentos modernos e
tecnologia avançada, os resistores SMD são potencialmente úteis por sua
versatilidade. Estes possuem as mesmas funções de um resistor comum, porém são
soldados na superfície da placa, sem a utilização de terminais que transpassem a
placa.
A leitura do valor de sua resistência é feita a partir dos números encontrados
em sua superfície. Os dois primeiros dígitos significam o valor da resistência, o
terceiro significa a potência de 10 pela qual o número será multiplicado. Por
exemplo, o resistor SMD abaixo representa 10 x 103, ou seja, 10.000Ω ou 10KΩ.
Figura 2 – Resistor SMD
13
1.2.2 ArduinoMega2560
O
ArduinoMega
2560
é
uma
placa
baseada
no
microcontrolador
ATmega2560. Possui 86 entradas ou saídas programáveis, das quais 54
entradas/saídas digitais, 12saídas PWM, 16 entradas analógicas, 4 UARTs (portas
seriais de hardware), um oscilador à cristal de 16 MHz, um gravador USB integrado.
A alimentação pode ser através de conexão USB ou com uma fonte de alimentação
externa, na faixa de operação de 7 a 12 volts. Principais características do
Microcontrolador ATmega2560: Memória Flash 256 KB, SRAM 8 KB, EEPROM 4
KB, velocidade de processamento 16 MHz.
Figura 3 – ArduinoMega 2560
1.2.3 Fototransistor
São dispositivos de silício semicondutores, podendo ser comparado a um
transistor bipolar comum. Possui duas junções semicondutoras que variam a
corrente elétrica em função da intensidade de luz nelas incidentes, e uma cápsula
transparente que permite que luz possa atingir a base coletora da junção. Com a
ausência de luz e inversamente polarizadas, as junções não conduzem corrente
elétrica.
A incidência de luz (fótons) provoca o surgimento de lacunas na vizinhança da
junção base-coletor. Esta tensão conduzirá as lacunas para o emissor, enquanto os
elétrons passam do emissor para a base. Isso provocará um aumento da corrente de
base, o que por consequência implicará numa variação da corrente de coletor, beta
vezes maior.
14
Figura 4 – Fototransistor
1.2.4 LED RGB PLCC6
O LED RGB (Red, Green e Blue) possui em um único chip três cores aditivas
vermelho, verde e azul. Através da combinação dessas cores originam-se as
seguintes tonalidades: branco, amarelo, magenta (rosa) e ciano (azul piscina).
Figura 5 – LED RGB PLCC6
Configuração dos pinos:
Figura 6 – Pinagem LED RGB PLCC6
15
1.2.5 Emissor Infravermelho
O emissor infravermelho é utilizado para o acionamento do Fototransistor.
Suporta uma tensão reversa de até 5V e fornece uma corrente direta de 50mA entre
coletor e emissor.
Figura 7 – Encapsulamento do Emissor Infravermelho
1.2.6 Resistores de Pull-Ups/Pull-Down
Os resistores pull-ups são conectados ao VCC e os resistores de pull-down
são conectados ao GND (0 volts) para assegurar na entrada de um circuito lógico
digital o nível lógico desejado, ou seja, eles forçam um estado (0 ou 1). São
utilizados para evitar flutuação em pinos configurados como entradas (INPUT). Em
geral, é necessário implementar externamente, mas muitas vezes há pull-ups
internamente em alguns pinos do microcontrolador. No caso dos microcontroladores
ATmegas, já existem pull-ups e pull-downs internos configurados via software.
1.2.7 Memória SRAM CY62128E
É uma memória do tipo SRAM (Static Random Access Memory) possui
capacidade de armazenamento de 1MB organizados em 128K x 8, possui alta
16
velocidade de leitura e escrita aproximadamente 45ns suporta uma alimentação
entre 4,5V a 5,5V, encapsulada em SOIC 32 podendo operar entre -40ºC a +85°C.
Figura 8 – Memória SRAM CY62128E
1.2.8 Registrador de Deslocamento 74HC595D
O 74HC595D é um registrador de deslocamento de 8 bits com entrada serial
e saída paralela. É um circuito sequencial biestável assíncrono, ou seja, constituído
por portas lógicas capaz de armazenar um bit de informação, onde as saídas de
certos instantes dependem do valor de entrada mais os valores anteriores de saída.
Figura 9 – Registrador de Deslocamento 74HC595D
1.2.9 Conversor Serial Bluetooth
O Bluetooth é um padrão de comunicação sem fio, de curto alcance, baixo
custo e consumo de energia que utiliza tecnologia de rádio. Possui interface
conversora serial bluetooth com dois modos de Trabalho: ordem-resposta
(configuração) e conexão automática. Pode trabalhar como mestre, escravo e loop
infinito.
17
Figura 10 – Conversor Serial Bluetooth
Figura 11 – Conversor RS232 para Bluetooth
1.2.10 Capacitor Eletrolítico
É um componente que armazena carga elétrica sob a forma de um campo
eletrostático. São usados em circuitos eletrônicos para suavização, filtragem,
acoplamento e desacoplamento de sinais.
Figura 12 – Capacitor eletrolítico
1.2.11 Capacitor de Tântalo
Os capacitores de Tântalo utilizam o Óxido de Tântalo como dielétrico. São
utilizados geralmente em substituição ao eletrolítico, em circuitos que precisam que
18
o valor da capacitância seja constante com temperatura e frequência. Tem uma
baixa corrente de fuga e baixas perdas e tem uma vida muito maior do que os
eletrolíticos convencionais.
Figura 13 – Capacitor de tântalo
1.2.12 Diodo UF4007
O diodo é um componente que pode se comportar como condutor ou isolante
elétrico, dependendo da forma como a tensão é aplicada aos seus terminais,
funcionando como uma chave de acionamento automático, fechada quando o diodo
está diretamente polarizado, ou chave aberta quando o diodo está inversamente
polarizado. O diodo UF4007 suporta comutação em alta frequência e alta tensão e
correte reversa.
Figura 14 – Diodo UF4007
19
2 Planejamento do Projeto
2.1 Diagrama em Blocos
Energização do
Circuito
Recebimento da
Imagem via
Bluetooth
Formação da
Imagem
Inicialização do
Microcontrolador
Inicialização do
Bluetooth
Fim
Geração da
Imagem Padrão
Calibração da
RPM
Figura 15 – Diagrama em blocos
20
2.2 Processos Elétricos
2.2.1 Tabela de Custos
CUSTOS ELÉTRICOS
Descrição do produto
Qtd. Unid. Valor unitário Valor Total
CI 74HC595D SOIC 16P
140
PÇ
R$ 0,52
R$ 72,80
Resistor filme 10K 1%
50
PÇ
R$ 0,01
R$ 0,50
Resistor filme 150R 1%
895
PÇ
R$ 0,01
R$ 8,95
Resistor fime 100R SMD 5%
1200 PÇ
R$ 0,01
R$ 12,00
CY62128ELL-45SXI CI SRAM 32P SOIC
2
PÇ
13,58
R$ 27,16
BPW17N - Fototransistor NPN 32VCE
2
PÇ
R$ 2,06
R$ 4,12
TSAL6100 - Diodo emissor infravermelho T1-3/4
2
PÇ
R$ 0,75
R$ 1,50
Converson Bluetooth p/ serial RS-232
1
PÇ
R$ 78,40
R$ 78,40
Converson Bluetooth p/ serial TTL 5V
1
PÇ
R$ 64,90
R$ 64,90
Placa Arduino Mega 2560
1
PÇ
R$ 118,35
R$ 118,35
LED RGB PLCC6
400
PÇ
R$ 0,70
R$ 280,00
Regulador de Tensão Chaveado LM2575
1
PÇ
R$ 6,22
R$ 6,22
Capacitor eletrolítico 4700uF/35V
4
PÇ
R$ 4,30
R$ 17,20
Circuito integrado ATmega2560
1
PÇ
R$ 65,00
R$ 65,00
Cristal 20MHz
1
PÇ
R$ 4,80
R$ 4,80
Cabo Flat
3
PÇ
R$ 7,20
R$ 21,60
Placa cobre fibra
1
PÇ
R$ 7,00
R$ 7,00
Placa adaptadora 64 pinos
1
PÇ
R$ 20,00
R$ 20,00
Placa adaptadora 100pinos
1
PÇ
R$ 30,00
R$ 30,00
Barra modular 40 vias
4
PÇ
R$ 2,50
R$ 10,00
BM040-1E Barra de pinos
4
PÇ
R$ 1,00
R$ 4,00
BM040-2E Barra de pinos
2
PÇ
R$ 1,90
R$ 3,80
__
Confecção das Placas de fibra de vidro
3
PÇ
R$ 1.462,76
Total
R$ 2.321,06
Tabela 1 – Custos Elétricos
21
2.2.2 Fluxograma do Processo
INICIALIZAÇÃO
1
Figura 16
DO–
PROCESSADOR
VERIFICA TIPO
DE COMANDO
INICIALIZAÇAO
BLUETOOTH
EXECUTA
COMANDO
APAGA SRAM
CARREGA
DEFAUT
SINCRONISMO
CONVERTE
IMAGEM
DEFINE
POSIÇÃO “0” DA
IMAGEM
GERA IMAGEM
RETORNA
N
COMANDO
N
BLUETOOTH
S
1
Figura 16 – Fluxograma do Processo
22
2.3 Processos Mecânicos
2.3.1 Croqui
Figura 17 – Esboço parte mecânica
23
Figura 18 – Contato rotativo
24
2.3.2 Folhas de Processo
Para confecção do eixo utilizou-se uma barra de aço inox de ½’’ com 700mm
de comprimento, na qual em uma das extremidades foi feito um furo de centro com
diâmetro de 8mm para acoplamento do motor e dois furos de fixação com diâmetro
de 5mm.
Figura 19 – Eixo de aço inox ½’’
Utilizamos um motor DC de 2.000 rpm, alimentado em 12V.
Figura 20 – Motor DC 2.000rpm
O contato rotativo foi produzido a partir de tarugo de latão e nylon, com a finalidade
de alimentar o circuito e enviar sinais elétricos com as placas em movimento.
25
Figura 21 – Contato rotativo
Para evitar que o eixo saia do seu ponto gravitacional foi colocado um suporte
para dar sustentação do mesmo. O suporte foi confeccionado através de uma barra
de ferro com 2m de comprimento e 40mm de largura e 40mm de altura. Uma barra
com 700mm de comprimento foi colocada na vertical e soldada com outra de 400mm
comprimento na horizontal formando um “L”. Para fixação na superfície da mesa o
suporte foi soldado entre duas barras de 430mm comprimento.
Figura 22 – Barra de ferro
Figura 23 – Suporte de sustentação do eixo
26
A superfície da mesa é composta por uma chapa metálica com as seguintes
dimensões 690x430x14mm. Um furo central com 16mm para passagem do eixo do
motor e 3 furos para fixação do motor.
Após a confecção, as peças mecânicas foram pintadas com tinta preta fosca
para evitar o reflexo das luzes.
Figura 24 – Superfície da mesa
Figura 25 – Furação para fixação do motor
Figura 26 – Mesa e suporte de fixação após acabamento
27
Em cima do suporte de sustentação foi fixado um rolamento para permitir o
movimento controlado do eixo evitando o desgaste do material. As placas foram
fixadas no eixo através de uma aba de aço inox por onde cada extremidade foi
parafusada.
Figura 27 – Rolamento
Figura 28 – abas de aço inox
2.3.3 Tabela de Custos
CUSTOS MECÂNICOS
Descrição do produto
Qtd. Unid. Valor unitário
Parafuso 1/4 x 31/2 + arruela
8
PÇ
R$ 0,50
Parafuso allen M-5 x 0,8 x 5
4
PÇ
R$ 0,26
Parafuso cilindrico fenda M-3 x 0,5 x 6 20
PÇ
R$ 0,07
Porca sextavada M-3 x 0,5
20
PÇ
0,05
Spray verniz
1
PÇ
R$ 13,00
Spray multi-uso fosco 400mL
2
PÇ
R$ 12,00
Abraçadeira nylon preta
1
PÇ
R$ 5,80
Abraçadeira nylon incolor
1
PÇ
R$ 21,00
Barra de aço inox 1/2"
3
m
R$ 16,00
Rolamento
1
PÇ
R$ 3,50
Total
Tabela 2 – Custos mecânicos
Valor Total
R$ 4,00
R$ 1,04
R$ 1,40
R$ 1,00
R$ 13,00
R$ 24,00
R$ 5,80
R$ 21,00
R$ 48,00
R$ 3,50
R$ 122,74
28
2.4 Cronograma
Tabela 3 – Cronograma
29
3 Desenvolvimento do Projeto
3.1 Protótipo
Na fase de planejamento do projeto foi desenvolvido um protótipo com intuito
de testar o software e o hardware. Montou-se um circuito composto por uma coluna
com 11 LEDs e 4 registradores de deslocamento, a placa foi fixada em um motor DC
de 2.000rpm para gerar uma imagem. Os objetivos previstos foram alcançados
gerando a imagem teste.
Figura 29 – Protótipo
30
3.2 Resoluções da imagem
Para obter a resolução da imagem, foi calculado o perímetro da
circunferência, que é dado em função do raio, ou seja, quanto maior o raio maior o
comprimento do círculo.
Para o cálculo do perímetro, foi utilizada a fórmula:
P=2.π.r
Assim, obtivemos:
P=2.π.r
P = 2 . π . 255mm
P =1.602mm
Com o perímetro obtido, dividido pelas dimensões do LED foi possível
determinar a definição das linhas.
Definição Linhas = Perímetro : Dimensões do LED
DL = 1.602mm : 4mm
DL= 400,5 pontos
Definição Colunas = 150 LEDs
DC = 150 pontos
Ou seja, a resolução da imagem é de 150 x 400 que correspondem a 60.000
pixels.
3.3 Formação da tabela
Baseada na teoria da composição das cores formou-se a tabela abaixo
correspondente às cores em código binário, com as possibilidades possíveis para
cada combinação.
31
Figura 30 – Composição das cores
Azul
0
0
0
0
1
1
1
1
Tabela Verdade
Vermelho Verde
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
Cor
Apagado
Verde
Vermelho
Amarelo
Azul
Ciano
Magenta
Branco
Tabela 4 – Tabela verdade
3.4 Formação da imagem
Após determinar a resolução da imagem, com o auxílio do software
CorelDraw 12, desenvolvemos uma grade que foi sobreposta em uma figura para
mapear os bits em função de cada ponto da grade.
32
Figura 31 – Imagem Mapa Mundi Plano
33
Figura 32 – Imagem em pixels
34
Figura 33 – Imagem em bits
35
Figura 34 – Imagem Corel PhotoPaint
36
3.5 Circuito
O circuito foi desenvolvimento e simulado no Proteus 7.8 Professional. Foram
utilizados 117 registradores de deslocamento, 942 resistores, 314 LEDs RGB.
Para determinar a intensidade de cada cor calculamos o valor da resistência
considerando as características elétricas do LED.
Tabela 5 – Características Elétricas do LED
Cálculo do resistor:
LED Vermelho: R = 2,1 / 20mA = 105Ω
Valor comercial: 100Ω
LED Verde e Azul: R = 3,3 / 20mA = 165Ω
Valor Comercial: 150Ω
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Figura 35 – Esquema elétrico
Figura 36 – Circuito impresso
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3.5.1 Layout da Placa
Figura 37 – Layout da placa
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4 Resultados Obtidos
Devido a grande dificuldade no desenvolvimento da imagem a partir da tabela
gerada bit a bit no bloco de notas, sendo no total 147.894 bits, através de uma
imagem com 49.298 pixels no CorelDraw houve a necessidade de buscar uma
solução mais viável e rápida para criação das imagens para o GLIPV. Percebemos
também que a imagem apresentava uma pequena distorção devido ao erro no
cálculo na definição em pixels, pois não consideramos a montagem mecânica. Os
novos resultados ocasionaram uma resolução de 60.000 pixels. Estudamos o
formato nativo de imagem do Windows chamado de bitmap (mapa de bits), a partir
de então começamos a gerar a imagem no Corel PhotoPaint e exportar em formato
bitmap VGA descompactado, transmitindo a imagem para o GLIPV utilizando o
Hyperterminal do Windows.
Contudo o objetivo esperado foi alcançado, conseguiu-se gerar uma imagem
com boa resolução. O GLIPV pode ser usado didaticamente, como por exemplo,
para estudo do Mapa Mundi em 3D, programação do microcontrolador e projeção,
além de permitir a recriação de outras imagens para estudo ou comercialmente para
apresentação dos produtos em loja, propaganda comercial e como painel interativo.
Valor comercial: R$ 3.000,00
Prazo de entrega: 30 dias úteis
Sendo incluso o modulo de conversão.
Figura 38 – Projeção do Globo
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4.1 Funcionamento Técnico
O funcionamento é baseado no registrador de deslocamento 74HC595D e
nas características do microcontrolador ATmega2560, o mapa de bits é enviado de
forma serial para os registradores de deslocamento sincronizados por um pulso de
clock, assim que todos os bits são enviados, o microcontrolador envia um pulso no
pino STCP do registrador que move para o porte de saída a informação armazenada
no registro, acionando os LEDs.
Figura 39 – Carta de tempo do registrador de deslocamento 74HC595D
O Bluetooth possibilita enviar imagens e comandos de execução (animação e
interação), através de um computador, celular, tablet ou qualquer dispositivo que
possua tecnologia bluetooth, podendo enviar e receber dados em tempo real mesmo
em movimento. O globo possui um conversor serial Bluetooth configurado como
escravo que pode se conectar com qualquer dispositivo mestre. Quando o circuito é
energizado o escravo aguarda a solicitação de um dispositivo mestre de conexão,
neste momento mestre e escravo iniciam um protocolo de sincronização e
pareamento, após o pareamento ser efetuado os dispositivos entram em estado
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conectado, então o mestre pode iniciar a transferência de dados para o escravo e
receber respostas ou retorno de dados.
4.2 Funcionamento Usuário
O GLIPV deve ser energizado com uma tensão de 12V para o funcionamento
do motor e o circuito elétrico conectado na entrada USB do computador. Use o botão
verde para ligar e o botão vermelho para desligar o GLIPV.
A imagem deve ser gerada a partir de software de desenho, por exemplo, o
Corel PhotoPaint, em formato bitmap VGA com uma resolução de até 400x150, ou
seja, 60.000 pixels. A transmissão da imagem é realizada via porta USB do GLIPV.
4.3 Características
Alimentação:
12V – motor
5V – circuito lógico
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Conclusão
Ao iniciar a construção do protótipo percebemos que haveria vários
cruzamentos de via o que inviabilizou o desenvolvimento de uma placa manual,
tornando o processo industrial à única alternativa para confecção do layout da placa,
apesar disso os componentes SMD foram soldados manualmente.
Encontramos dificuldade no desenvolvimento da parte mecânica por falta de
conhecimento na área, de forma que obtivemos auxílio de amigos e professores
para o planejamento e construção de partes essenciais do projeto.
Por fim com todos os ajustes necessários o GLIPV resultou em um projeto
que
possibilitou
o
desenvolvimento,
aperfeiçoamento
programação, mecânica, aerodinâmica, entre outras áreas.
e
aprendizado
em
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Referências
Capacitor de tântalo. Disponível em:
<http://huinfinito.com.br/68-capacitor-tantalo>. Acesso em: 2/5/13.
Dataseet diodo UF4001 – UF4007. Disponível em:
<http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/wte/UF4006-TB.pdf>.
3/5/13
Acesso
em:
Datasheet Registrador de deslocamento – 74HC595. Disponível em:
<http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/1/02put50z5qdli66ljuzy1oc9cs7y.pdf>.
Acesso em: 02/03/2013.
Datasheet LED SMP6-RGB. Disponível em:
<http://www.bivar.com/images/cart/SMP6-RGB.pdf>. Acesso em: 17/03/2013.
Datasheet Memória CY62128E. Disponível em:
<http://www.cypress.com/?docID=31338>. Acesso em: 30/04/2013.
Datasheet Conversor Bluetooth para Serial. Disponível em:
<http://www.zuchi.com.br/download/conversoresbluetoothserial.html>. Acesso em:
23/04/2013.
Datasheet Conversor Bluetooth para Serial RS-232. Disponível em:
<http://www.zuchi.com.br/download/conversoresbluetoothserial.html>. Acesso em:
23/04/2013.
Datasheet Arduino. Disponível em:
<http://arduino.cc/en/Main/Software>. Acesso em: 19/02/2013.
Datasheet ATmega2560. Disponível em:
< http://www.atmel.com/images/doc2549.pdf>. Acesso em: 19/02/2013.
Emissor Infravermelho. Disponível em:
<http://www.politronic.com.br/especs/div/PHIV390.pdf>. Acesso em: 16/03/13.
Fototransistor. Disponível em:
<http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20061/Cesar/SENSORES-Fototransistor.html>.
Acesso em: 16/03/13.
Fototransistor. Disponível em:
<http://www.aprendereletronica.com.br/o-que-e-fototransistor-como-funciona-php/>.
Acesso em: 16/03/13.
Imagem mapa mundi plano. Disponível em:
<http://planetpixelemporium.com/earth.html>. Acesso em:
44
Resistores SMD. Disponível em:
<http://www.aprendereletronica.com.br/resistores-smd-php/>. Acesso em: 16/03/13.
Regulador de tensão chaveado. Disponível em:
<http://www.ti.com/lit/ds/slvs569e/slvs569e.pdf>. Acesso em: 16/03/13 às 23h26.
SIQUEIRA,Thiago Senador de. Bluetooth – Características, protocolos e
funcionamento. Instituto de Computação Universidade Estadual de Campinas.
Disponível em:
<http://www.ic.unicamp.br/~ducatte/mo401/1s2006/T2/057642-T.pdf>. Acesso em:
05/05/13
SOUZA, Uilian Lucas; PEREIRA, Thiago Ramos. Fotodiodos e Fototransistores.
Disponível em:
<http://www.eletrica.ufpr.br/piazza/materiais/Uilian&Thiago.pdf>.
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04/05/13.
WENDLING,Marcelo. Diodo semicondutor. Disponível em:
<http://www2.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/2---diodosemicondutor.pdf>. Acesso em: 03/05/13
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Anexos
Datasheet LED PLCC6
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Datasheet Memória SRAM CY62128
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Datasheet Módulo de Comunicação Serial Bluetooth
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Datasheet ATmega2560
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Esquema Elétrico do ArduinoMega2560