FACULDADE GOVERNADOR OZANAM COELHO

CURSO DE BACHARELADO EM CINCIA DA COMPUTAO

CADEIRA DE RODAS INTELIGENTE:

O uso de tcnicas de programao, automao e eletrnica para maior autonomia e

qualidade de vida dos cidados de mobilidade reduzida

ALDEIR DE SOUZA MOREIRA

UB

MINAS GERAIS

2012

ALDEIR DE SOUZA MOREIRA

CADEIRA DE RODAS INTELIGENTE:

O uso de tcnicas de programao, automao e eletrnica para maior autonomia e

qualidade de vida aos cidados de mobilidade reduzida

Monografia apresentado como parte das

exigncias para a obteno do ttulo de

Bacharel em Cincia da Computao da

Faculdade Governador Ozanam Coelho,

FAGOC.

Orientador: Prof. M. Sc. Waldir Andrade

Trevizano.

UB

MINAS GERAIS

2012

ALDEIR DE SOUZA MOREIRA

CADEIRA DE RODAS INTELIGENTE:

O uso de tcnicas de programao, automao e eletrnica para maior autonomia e

qualidade de vida aos cidados de mobilidade reduzida

Monografia apresentada e aprovada em 17 de dezembro de 2012.

_______________________________

Prof. M. Sc. Jos Weslei Baia (Examinador)

_______________________________

Prof. M. Sc. Marcelo Santos Daibert (Examinador)

_______________________________

Prof. M. Sc. Waldir Andrade Trevizano

(Orientador)

i

AGRADECIMENTOS

Gostaria de agradecer, em primeiro lugar a Deus, por ter me auxiliado com

sabedoria, sade e fora ao decorrer de todo curso.

A minha famlia que sempre me incentivou para que eu chegasse at esta

etapa de minha vida.

Ao professor e orientador Waldir Andrade Trevizano e a todos os professores

do Curso de Cincia da Computao da Faculdade Governador Ozanam Coelho, foi

o conhecimento transmitido por vocs que me levaram a execuo e concluso

desta monografia.

Aos amigos, colegas e todas as pessoas que estiveram comigo durante esta

caminhada. Obrigado pelo constante apoio e incentivo de vocs.

ii

RESUMO

Existe uma crescente necessidade do desenvolvimento de produtos que atendam as

pessoas portadoras de deficincias, melhorando assim sua qualidade de vida e

integrao na sociedade. Tendo isso em mente, nada mais justo que usar os

conhecimentos cientficos para colaborar na melhoria da qualidade de vida desta

parcela da sociedade, que muitas vezes deixada em segundo plano. Neste

trabalho so apresentados elementos e tcnicas de computao, automao e

eletrnica para o desenvolvimento de mecanismo (software, hardware) que

possibilite a deteco de objetos por uma cadeira de rodas motorizada evitando a

coliso com os mesmos. Inicialmente feita uma introduo sobre o

desenvolvimento da automao, em seguida se fala sobre a cadeira de rodas e a

importncia de se desenvolver um dispositivo de controle como este. Por fim

especificado a montagem de um prottipo utilizando a plataforma Arduino assim com

detalhes de implementao e funcionalidades do software e os resultados dos testes

realizados com um prottipo que simula uma cadeira de rodas motorizada.

Palavras-chave: software embarcado, Cadeira de rodas, automao, Arduino.

iii

SUMRIO

RESUMO....................................................................................................................... ii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ........................................................................ v

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................... vi

LISTA DE TABELAS .................................................................................................. viii

LISTA DE CDIGOS FONTES .................................................................................... ix

INTRODUO ................................................................................................... 1 1.1.1. PROBLEMA E SUA IMPORTNCIA .................................................................. 2

1.2. OBJETIVOS ....................................................................................................... 4

1.2.1. Objetivo Geral ................................................................................................. 4

1.2.2. Objetivos Especficos ...................................................................................... 4

1.3. MTODO DE DESENVOLVIMENTO ................................................................. 5

1.4. ORGANIZAO DO TRABALHO ...................................................................... 6

AUTOMAO .................................................................................................... 8 2.2.1. COMPONENTES DA AUTOMAO ................................................................. 8

2.2. SENSORES...................................................................................................... 10

2.2.1. Sensor de distncia Ultrassnico .................................................................. 12

2.2.2. Sensor de distncia Infravermelho. ............................................................... 14

2.3. ATUADORES ................................................................................................... 16

2.3.1. MOTORES ELETRICOS ............................................................................... 16

2.3.1.1 Motores de Corrente Alternada .................................................................. 16

2.3.1.2 Motores de Corrente Continua ................................................................... 17

2.3.2. LED ............................................................................................................... 18

2.3.3. BUZZER ........................................................................................................ 19

2.4. PONTE H ......................................................................................................... 20

O ARDUINO ..................................................................................................... 23 3.3.1. CARACTERISTICAS ........................................................................................ 24

3.2. IDE DO ARDUINO ............................................................................................ 28

3.3. LINGUAGEM DE PROGRAMAO DO ARDUINO ......................................... 30

TRABALHOS RELACIONADOS ...................................................................... 34 4.

DESENVOLVIMENTO DO HARDWARE ......................................................... 36 5.5.1. Arduino ............................................................................................................. 37

5.2. Sensor Ultrassnico e Infravermelho. ............................................................... 38

iv

5.3. Ponte H ............................................................................................................ 42

5.4. Motores ............................................................................................................ 45

5.5. Buzzer piezoeltrico ......................................................................................... 47

5.6. LEDs ................................................................................................................. 48

5.7. Baterias ............................................................................................................ 48

5.8. Montagem da estrutura do prottipo ................................................................. 49

DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE .......................................................... 51 6.

TESTES COM O PROTTIPO ........................................................................ 63 7.

CONSIDERAES FINAIS.............................................................................. 67 8.8.1. TRABALHOS FUTUROS.................................................................................. 68

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................... 69

v

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AC/DC - Alternating Current/Direct Current

AREF - Analog Reference

CA - Corrente Alternada

CC - Corrente Continua

CLP - Controlador Lgico Programvel

E.V.A - Etil Vinil Acetato

E/S - Entrada/Saida

EEPROM - Erasable Programmable Read-Only Memory

GND - GrouND

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica

IDE - Integrated Development Enviroment

IR - Infra Red

kB - Kilobyte

Kg - Quilograma

Khz - Kilohertz

Km/h - Quilmetro por hora

LED - Light Emitting Diode

m/s - Metro por segundo

mA - Miliampre

MHz - Megahertz

mm - Milmetro

PSD - Position Sensing Device

PWM - Pulse Width Modulation

RX - Receiver Data

SPI - Session Initiation Protocol

SRAM - Static Random Access Memory

TX - Transmit Data

USB - Universal Serial Bus

F - Microfarad

vi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: CLP Pic40. .................................................................................................... 1

Figura 2: Cadeira de rodas motorizada. ....................................................................... 3

Figura 3: Elementos da automao. ............................................................................. 9

Figura 4: Sada do tipo digital ou binria de um sensor ............................................. 11

Figura 5: Sada do tipo analgica de um sensor ........................................................ 12

Figura 6: Funcionamento do sensor ultrassnico ....................................................... 13

Figura 7: Funcionamento sensor de distncia infravermelho ..................................... 14

Figura 8: Pinos do sensor de distncia GP2Y0A21YK fabricado pele Sharp ............. 15

Figura 9: Representao da estrutura de um motor de corrente continua ................. 17

Figura10: LEDs de diferentes formatos ...................................................................... 18

Figura 11: Buzzer ....................................................................................................... 20

Figura 12: Esquema Ponte H ..................................................................................... 20

Figura 13: Fluxo da corrente eltrica na Ponte H ....................................................... 21

Figura 14: Ponte H constituda de componentes discretos ........................................ 22

Figura 15: Circuito Integrado Ponte H ........................................................................ 22

Figura 16: Diagrama de blocos .................................................................................. 24

Figura 17: Arduino Uno componentes ........................................................................ 26

Figura 18: Ambiente grfico do Arduino ..................................................................... 28

Figura 19: estrutura formada pelas funes setup() e loop() ...................................... 30

Figura 20: Pinos e funes do Arduino ...................................................................... 31

Figura 21: Editor de programao do Arduino com cdigo exemplo .......................... 33

Figura 22: Prottipo finalizado .................................................................................... 36

Figura 23: Diagrama de bloco .................................................................................... 37

Figura 24: Arduino Uno usado no prottipo ................................................................ 38

Figura 25: Sensor ultrassnico HC-SR04 (vista frontal, traseira e lateral) ................. 39

Figura 26: Ligao dos sensores ultrassnicos ao Arduino ....................................... 39

Figura 27: sensor IR utilizado no prottipo ................................................................. 40

Figura 28: Controle Remoto ....................................................................................... 41

Figura 29: Ligao do sensor infravermelho ao Arduino ............................................ 42

Figura 30: Diagrama eltrico Ponte H ........................................................................ 43

vii

Figura 31: Ponte H utilizada no prottipo ................................................................... 44

Figura 32: Conexo da Ponte H com motores, Arduino e bateria .............................. 44

Figura 33: Adaptao de servo motor para giro contnuo .......................................... 46

Figura 34: Adaptao motor na estrutura do prottipo ............................................... 46

Figura 35: ligao eltrica do buzzer ao Arduino ....................................................... 47

Figura 36: ligao eltrica dos LEDs ao Arduino ........................................................ 48

Figura 37: ligao das baterias ao Arduino ................................................................ 49

Figura 38: Estrutura do prottipo ................................................................................ 49

Figura 39: Disposio dos componentes eletrnicos no prottipo ............................. 50

Figura 40: Teste deteco de obstculos na horizontal ............................................. 63

Figura 41: Teste deteco de obstculos na vertical ................................................. 64

Figura 42: Teste para deteco de buracos ............................................................... 65

Figura 43: Teste com pequenos desnveis ................................................................. 65

viii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Caractersticas tcnicas Arduino UNO ....................................................... 25

Tabela 2: Comandos da Toolbar Arduino e suas funes .......................................... 29

Tabela 3: Interao software usurio ......................................................................... 51

ix

LISTA DE CDIGOS FONTES

Cdigo 1: Bibliotecas .................................................................................................. 52

Cdigo 2: Funo Setup() .......................................................................................... 53

Cdigo 3: Funo Loop() ............................................................................................ 54

Cdigo 4: Funo Detecta() ....................................................................................... 56

Cdigo 5: Funo CalibraDistVer() ............................................................................. 59

Cdigo 6: Funes para movimentao e parada do prottipo .................................. 60

Cdigo 7: Funo Bip() .............................................................................................. 62

1

INTRODUO 1.

A automao teve incio na indstria, particularmente na criao das linhas

de montagens automobilsticas com Henry Ford, na dcada de 20. Desde ento o

crescimento tecnolgico nas mais diversas reas da automao tem sido cada vez

maior. O avano da automao est ligado, em grande parte, ao avano da

microeletrnica e da informtica, mais diretamente ao surgimento dos CLPs

(Controlador Lgico Programvel) na dcada de 60 que veio substituir os reles,

dispositivos mecnicos utilizados na poca (SOUZA; OLIVEIRA, 2004). A Figura 1

mostra uma placa CLP (Controlador Lgico Programvel) disponvel no mercado.

Figura 1: CLP Pic40.

Fonte: VW SOLUES, 2012

Os CLPs so dispositivos digitais que permitem controlar equipamentos e

maquinas atravs de comandos que so armazenados em sua memria

programvel. Desde que foi introduzindo na indstria o CLP vem evoluindo e

2

adquirindo novas funes, como execuo, sequenciamento, temporizao,

contagem e manipulao de dados, e outras mais. Eles tambm possuem uma

linguagem prpria de programao, podendo ser programados atravs de

computadores, caracterstica que colaborou muito com sua popularizao

(GOEKING, 2010).

O cenrio atual da automao mostra que, em busca do aperfeioamento

industrial, foram criadas novas tcnicas de implementao de funcionalidades,

dispositivos de processamento com maior capacidade computacional,

desenvolvimento de sistemas embarcados e implementao de hardware, alm da

construo em larga escala de dispositivos simples e baratos, que proporcionaram o

surgimento de uma grande variedade de alternativas para a implementao de

solues eficientes na resoluo de problemas, criando assim um leque infinito de

possibilidades de utilizao desses circuitos nas mais diversas reas (NEVES. et al,

2007).

1.1. PROBLEMA E SUA IMPORTNCIA

Uma caracterstica comum aos pases em desenvolvimento, como o Brasil,

a precariedade na ateno dispensada as pessoas com deficincia fsica, seja esta

deficincia por motivos traumatolgicos, enfermidades ou vitimas de problemas

congnitos (HAMANAKA, 2002). Segundo o ltimo senso realizado pelo Instituto

Brasileiro de Geografia e Estatstica - IBGE (2010), o Brasil possui um contingente

de aproximadamente 13 milhes de pessoas com deficincia motora, ou seja, as

pessoas com dificuldade de se movimentar representavam cerca de 7% da

populao brasileira.

A cadeira de rodas um equipamento que foi desenvolvido com o intuito de

auxiliar o deslocamento, e est entre as tecnologias utilizadas por pessoas que

apresentam a impossibilidade, temporria ou definitiva, de deslocar-se utilizando os

membros inferiores (MEDINA AG, COELHO DB; 2007). Segundo Albrey (2007 citado

por Madeira, 2008) seu surgimento esta ligado a utilizao da roda como forma de

facilitar o transporte de objetos em (4000 A.C.) e em carruagens em (1300 A.C.). J

em 1595 um modelo sofisticado foi construdo para o Rei Filipe II da Espanha. Tal

cadeira possua rodas e ajustes de altura, sendo carregada pelos seus servos, e era

utilizada para realizar caminhos domsticos e percorrer os jardins do palcio.

3

Desde as primeiras dcadas do sculo XX, devido ao progresso industrial

com surgimento de matria-prima mais leve e moldvel, as cadeiras de rodas vm

evoluindo de maneira crescente. possvel se encontrar diversos modelos de

cadeira de rodas, desde as manuais, passando pelas adaptadas prtica de

esportes, circulao em terrenos diversos at as motorizadas (Figura 2) sendo que

essas ltimas aos poucos vo tomando conta do mercado(SILVA; DEL`ACQUA,

2012).

Figura 2: Cadeira de rodas motorizada.

Fonte: LOCMED, 2012

Cadeiras de rodas motorizadas so geralmente prescritas a usurios que no

possuem fora ou coordenao motora suficiente para acionar manualmente uma

cadeira de rodas convencional. A escolha desta modalidade de cadeira deve levar

em conta tanto as habilidades motoras e sensoriais do usurio quanto o seu desejo

de se locomover de forma independente.

Desta forma, no basta apenas o usurio de uma cadeira de rodas manifestar

a vontade de usar um modelo motorizado, antes deve ser avaliada suas condies

motora e cognitiva para controlar este equipamento. Vale ressaltar que o peso de

uma cadeira de rodas motorizada somado ao peso do usurio pode chegar a mais

de 120 kg e atingir velocidades mximas de 10 a 15 Km/h. notrio que se uma

cadeira de rodas nestas condies se desgovernar poder causar danos tanto para

seu usurio quanto para as pessoas ao seu redor (BECKER, 2000).

4

Ainda segundo Becker (2000) h uma crescente necessidade do

desenvolvimento de produtos que atendam as pessoas portadoras de deficincias,

melhorando assim sua qualidade de vida e integrao na sociedade. E esta

necessidade no se restringe apenas a pases desenvolvidos, mas esta cada vez

mais presente nos pases em desenvolvimento como o Brasil. Dentre as causas de

uma maior demanda desses produtos esto, o aumento na expectativa de vida da

populao e das exigncias de qualidade de vida, at a conscientizao de que uma

pessoa com deficincia um cidado comum com direitos e deveres e deve ser

tratado como tal. Tendo isso em mente nada mais justo que usar os conhecimentos

cientficos para colaborar na melhoria da qualidade de vida desta parcela da

sociedade que muitas vezes deixada em segundo plano.

1.2. OBJETIVOS

1.2.1. Objetivo Geral

Desenvolver um mecanismo (software, hardware) que detecte e alerte sobre a

presena de obstculos que impeam ou comprometam a circulao de uma cadeira

de rodas motorizada, evitando uma possvel coliso.

1.2.2. Objetivos Especficos

Desenvolver um software que gerencie o controle de uma cadeira de rodas

motorizada com base nos sinais de entrada enviados por sensores

Propor um hardware que seja compatvel com os requisitos do projeto.

Propor a configurao dos sensores para uma melhor percepo do

ambiente.

Montar um prottipo semelhante a uma cadeira de rodas motorizada para que

se possa testar as funcionalidades do software.

5

1.3. MTODO DE DESENVOLVIMENTO

Para se chegar ao objetivo final deste trabalho, houve uma alternncia

constante entre montagem do hardware e desenvolvimento do software, uma vez

que se trata de um software embarcado, comunicando-se diretamente com o

hardware. O computador apenas o ambiente para o desenvolvimento do software,

no sendo possvel atravs do mesmo verificar o correto funcionamento dos

comandos programados, como nos softwares comuns desenvolvidos para

computadores de um modo geral.

Sendo assim, para se testar qualquer funcionalidade do software era

necessrio transferi-lo para o microcontrolador, via porta USB. Alm disso, os

diversos componentes que o software gerencia tambm deviam estar conectados ao

micro controlador para que fosse possvel a interao entre software e hardware. Por

isso, a cada novo componente de hardware acrescentado no prottipo, como

sensores, motores, LEDs, havia a necessidade do desenvolvimento de um mdulo

de software exclusivo para teste individual do componente. Todos os outros

componentes eram removidos do microcontrolador e apenas o novo componente era

conectado, sendo ento, transferido o cdigo produzido especificamente para o teste

desse novo componente, evitando dessa forma qualquer dvida causada por um

possvel mau funcionamento entre software e hardware.

Aps ter verificado o correto funcionamento tanto dos trechos de cdigo fonte

do software como dos componentes do hardware, foi feito um acoplamento entre

eles ligando-se todos os componentes ao Arduino, e integrando os trechos de

cdigos a um programa principal.

O desenvolvimento do hardware fez-se necessrio para o teste das

funcionalidades do software. Com este intuito, foi montado um prottipo que, por

motivo de reduo de custos, teve suas dimenses reduzidas, embora seus

componentes, resguardadas as devidas propores, foram escolhidos para se

assemelhar ao mximo com os componentes usados nas cadeiras de rodas

motorizadas convencionais. Desta forma, a interao software/hardware conseguida

no prottipo foi praticamente a mesma que ocorreria em uma cadeira de rodas

motorizada convencional.

Da mesma forma, o software foi desenvolvimento de acordo com o hardware,

baseado no seguinte propsito: funcionar embarcado em um microcontrolador para

6

gerenciar o funcionamento de uma cadeira de rodas motorizada de acordo com

informaes fornecidas por sensores nela instalados, de forma a monitorar o

percurso feito pela cadeira, detectando a presena de obstculos, alertando o

usurio sobre a presena desses obstculos atravs de sinais luminosos e sonoros,

alm de interferir no controle de deslocamento e velocidade da cadeira quando

necessrio, independente dos comandos exercidos pelo usurio. Dessa forma,

pretende-se que mesmo pessoas de baixa capacidade cognitiva possam conduzir o

veculo em segurana.

Para um melhor entendimento dos detalhes do desenvolvimento, este foi

dividido em duas partes distintas, desenvolvimento do hardware e desenvolvimento

do software, tpicos estes a serem detalhados nos captulos 5 e 6 deste trabalho.

1.4. ORGANIZAO DO TRABALHO

Para facilitar o entendimento, este trabalho foi dividido em oito captulos que

sero descritos a seguir:

Captulo 1 - Introduo, neste captulo apresentada uma contextualizao

sobre o tema abordado, trazendo um breve histrico da automao. Tambm

relatada a importncia de se desenvolver um dispositivo como o proposto neste

trabalho, finalizando so apresentados o objetivo geral e os especficos.

Captulo 2 - Automao, apresentada uma definio de automao e seu

princpio de funcionamento. Tambm so apresentados alguns componentes

utilizados em processos de automao como sensores e atuadores.

Captulo 3 - O Arduino, no captulo 3 feita a apresentao da plataforma

Arduino utilizada no trabalho, sendo citadas as principais caractersticas tcnicas do

hardware e tambm as caractersticas de seu ambiente de desenvolvimento e sua

linguagem de programao.

Captulo 4 - Trabalhos Relacionados, neste captulo so apresentados

trabalhos que tratam de assuntos que tem alguma relao e que tiveram alguma

contribuio para o desenvolvimento deste trabalho.

Captulo 5 - Desenvolvimento do Hardware, neste captulo foi feito uma

especificao exclusiva da montagem do hardware. Cada componente utilizado no

prottipo como o Arduino, motores, sensores, LEDs e outros foram especificados.

7

Captulo 6 - Desenvolvimento do Software, neste captulo descrito como o

software foi implementado, suas principais funes e os principais trechos de cdigo

fonte foram explicados.

Captulo 7 - Testes com o Prottipo. Foram realizados testes com o prottipo

a fim de verificar na prtica o funcionamento tanto do software como do hardware

neste captulo so vistos detalhes de como foram realizados estes testes bem como

os seus resultados.

Captulo 8 - Consideraes Finais. feito uma abordagem sobre tudo o que

foi abordado no trabalho, relacionando os resultados obtidos com as expectativas.

Nele tambm se encontram as sugestes para trabalhos futuros.

8

AUTOMAO 2.

Segundo Aihara (2005) automao pode ser definida como um conjunto de

tecnologias que constituem sistemas ativos, capazes de agir com eficincia no

ambiente em que atuam, e com base em informaes recebidas, na maioria das

vezes de sensores, se autocorrigem sempre em busca de uma soluo tima. Ainda

pode-se definir automao como sendo uma forma de aumentar a eficincia de

processos em um determinado sistema.

Usando como exemplo a automao industrial, tem-se que na maioria das

vezes o processo ocorre desta forma: vrios instrumentos de medida de uma fbrica

enviam seus sinais coletados a um computador, que por sua vez compara estes

sinais com valores ideais para o contexto em questo, e executa uma srie de

clculos para gerar sinais de correo que so enviados aos dispositivos atuadores

com o objetivo de se alcanar uma produo tima.

2.1. COMPONENTES DA AUTOMAO

Segundo Abramam (2012), os sistemas de automao utilizados em

empresas como as indstrias automobilsticas, indstria petroqumica e nos

supermercados, requerem muitos ciclos de realimentao e so complexos.

Basicamente cada sistema de automao compe-se de destes elementos:

Acionamento: prov o sistema de energia para atingir determinado objetivo.

o caso dos motores eltricos, pistes hidrulicos entre outros;

9

Sensoriamento: mede o desempenho do sistema de automao ou uma

propriedade particular de algum de seus componentes. Exemplos: termopares

para medio de temperatura e encoders para medio de velocidade;

Controle: baseado em informaes dos sensores, regula o funcionamento

dos atuadores. Como exemplo, pode ser citada uma sirene que acionada

quando um sensor detecta presena de um corpo estranho em um

determinado ambiente;

Comparador ou elemento de deciso: compara os valores medidos com

valores preestabelecidos e toma a deciso de quando atuar no sistema. Aqui

se incluem os softwares de automao;

A Figura 3 mostra o fluxo dos componentes de um sistema de automao. O

elemento comparador recebe um sinal proveniente de um elemento de

sensoriamento e faz a comparao entre os valores do sinal recebido e os valores

preestabelecidos em sua memria de acordo com a programao. Se for necessrio

acionar algum atuador o elemento comparador envia um sinal com instrues ao

elemento de controle que por sua vez regula o funcionamento dos atuadores atravs

do elemento de acionamento. O ciclo continua com o elemento de sensoriamento

que faz a realimentao do circuito enviando novamente sinais com informaes do

ambiente monitorado para o elemento comparando.

Figura 3: Elementos da automao.

Fonte ABRAMAM, 2012

10

Existem vrios tipos de classificao para a automao, de acordo com suas

reas de aplicao. Por exemplo: automao bancria, comercial, industrial,

agrcola, de comunicaes, transportes. Cada tipo tem suas peculiaridades, mas

todos esto relacionados ao mesmo conceito de fazer com que as aplicaes

funcionem com cada vez mais eficincia e sem a interveno do homem.

2.2. SENSORES

Segundo Wendling (2010) sensores so dispositivos sensveis a algum tipo

de energia do ambiente, podendo ser luminosa, trmica, cintica. Eles agem

fazendo uma relao dessa sua sensibilidade com grandezas fsicas que devem ser

medidas como: posio, acelerao, corrente, temperatura, presso, umidade, etc.

Algumas vezes, necessrio um circuito de interface que faa a adaptao do sinal

gerado pelo sensor, afim de que ele possa ser utilizado pelo controlador. Isso se d

por que nem sempre o sinal gerado pelos sensores tem as caractersticas eltricas

adequadas utilizao em um sistema de controle. O sistema de interface faz a

manipulao do sinal de sada dos sensores com o intuito de adequ-lo aos padres

de entrada do controlador. Por exemplo, quando um sensor excitado por um fator

externo qualquer e apresenta uma tenso muito baixa como sinal de sada, surge

ento a necessidade que o sistema de interface atue amplificando esta tenso para

que a mesma possa ser interpretada pelo controlador. Quando o sensor faz parte de

um dispositivo completo j com o sistema de interface ele ser nomeado transdutor.

Ainda segundo Wendling (2010) Os sensores so usados para obter valores

das variveis fsicas do ambiente a ser monitorado, no importa o ramo da

automao (industrial, comercial, automobilstica, domestica, entre outras). sempre

necessrio se fazer uso dos sensores para se determinar as condies ou variveis

do sistema. Basicamente, eles podem ser definidos como dispositivos que

monitoram o ambiente e informam a um circuito eletrnico quando h alterao

neste ambiente monitorado. A partir das informaes obtidas pelos sensores, o

dispositivo eletrnico executa aes predeterminadas para aquela situao. H uma

srie de caractersticas fundamentais, que devem ser levadas em considerao na

hora da escolha de um sensor para uma aplicao, e elas devem ser analisadas de

11

acordo com o foco do projeto. As principais caractersticas so: tipo de sada,

linearidade, alcance e velocidade de resposta;

Tipo de sada:

Digital ou Binria: a sada do sensor assume apenas dois valores lgicos 1

ou 0, (ligado ou desligado). Desta forma este tipo de sensor apenas capas de

determinar se uma grandeza fsica atingiu ou no um valor determinado. A Figura 4

mostra a sada de um sensor digital conforme a variao na entrada ao longo do

tempo.

Figura 4: Sada do tipo digital ou binria de um sensor

Fonte: WENDLING, 2010

Analgica: desde que esteja dentro de sua faixa de atuao este tipo de

sensor pode assumir qualquer grandeza no seu sinal de sada ao longo do tempo.

Essas grandezas so medidas por circuitos eletrnicos sensveis no digitais. A

Figura 5 mostra a tenso ou corrente de sada de um sensor analgico com relao

a grandeza fsica em um determinado intervalo de tempo.

12

Figura 5: Sada do tipo analgica de um sensor

Fonte: WENDLING, 2010

Linearidade

O conceito de linearidade aplica-se apenas aos sensores analgicos. Est

relacionado curva de sada do sensor de acordo com a grandeza medida. Como

alguns sensores no so lineares, nem sempre so conseguidas respostas

proporcionais s entradas, que so desejveis para facilitar os circuitos de interface;

Alcance

Esta caracterstica representa toda a faixa de valores da entrada de um sensor

quanto maior o alcance de um sensor mais precisa ser sua sada;

Velocidade de Resposta

o tempo que o sensor demora entre perceber uma variao no ambiente e sua

resposta de sada, o ideal e que um sensor tenha velocidade de resposta

instantnea. Sensores com velocidade de resposta baixa podem prejudicar o

sistema de controle;

2.2.1. Sensor de distncia Ultrassnico

Segundo Pinto (2006) e Wendling (2010) os sensores ultrassnicos so teis

para deteco de objetos a certa distncia, desde que estes objetos tenham

tamanho razovel e sejam capazes de refletir a radiao ultrassnica. Eles

funcionam da seguinte maneira: um oscilador emite ondas ultrassnicas com uma

13

frequncia em torno de 42 khz. Estas ondas se propagam pelo ambiente e quando

se deparam com algum obstculo so refletidas. As ondas refletidas so captadas

pelo sensor, e com base no tempo de resposta desde o seu envio at o seu retorno,

possvel se fazer um processamento e obter informaes sobre a distncia do

objeto que refletiu o sinal. A figura 6 mostra o comportamento das ondas

ultrassnicas ou se chocaram com um objeto em seu percurso.

Figura 6: Funcionamento do sensor ultrassnico

Fonte: SLAK NEWS CENTER, 2012

Em geral estes sensores so constitudos por duas partes: um gatilho

(emissor) e o eco (receptor), funcionando basicamente como um sonar, um pulso

ultrassnico emitido e ento se espera pelo retorno de um eco, quanto mais tempo

demorar o eco, maior a distncia, e quanto menor for o tempo que demorar o eco

tambm menor ser a distncia. A partir deste princpio conseguimos medir a

distncia entre um objeto qualquer e o sensor. A velocidade do sinal ultrassnico

de aproximadamente 340 m/s, assim, se o sensor estiver a uma distncia d do

objeto, o sinal percorrer uma distncia equivalente a 2d para sair e retornar ao

sensor. Dessa forma, o tempo que o sinal leva para sair e retornar ao sensor permite

calcular a distncia d pela equao:

velocidade = distncia/tempo => v = 2d/t => d = v*t/2 => d = 120*t

14

Os sensores ultrassnicos podem ser usados em diversas reas da

automao, como ferramentas de deteco sem contato, pois possibilitam que

objetos de vrias formas, cores e texturas diferentes sejam percebidos em seu

campo de atuao. As possibilidades de aplicao deste tipo de sensor so diversas

como:

Deteco de nvel e altura.

Medida de separao.

Medida de dimetro em bobinas.

Deteco de objetos transparentes, sujos, em ambientes com vapor e ate

mesmo em estado liquido, sendo utilizados para medir nvel em reservatrios

(AUTOMATIZE, 2012).

2.2.2. Sensor de distncia Infravermelho.

Este tipo de sensor baseasse no princpio da triangulao de raios

infravermelhos para medir distancias. Um LED emite um feixe de luz infravermelha

que quando refletido em um objeto esse feixe capitado por um PSD (Position

Sensing Device Dispositivo de Monitoramento de Posio). A incidncia do feixe

de luz refletido no PSD varia de acordo com a distncia do objeto, permitindo assim

que mea a distncia do mesmo.

Figura 7: Funcionamento sensor de distncia infravermelho

Fonte: PATSKO, 2006

A Figura 7 mostra funcionamento do sensor de distncia infravermelho

baseado no princpio da triangulao, dependendo da distncia que est o objeto do

15

sensor ele reflete o os raios infravermelhos emitidos pelo LED em uma posio

diferente no PSD. O PSD um elemento constitudo de diversos componentes

sensveis a luz e monitorado por um modulo de processamento que identifica com

preciso o exato local em que a luz incidir sobre o PSD. Como essa posio em que

o feixe de luz incidiu no PSD est relacionada distncia do objeto refletor, o

mdulo processa essa informao de forma a produzir em sua sada um sinal

equivalente a essa distncia. Quanto mais perto estiver o objeto maior ser a

intensidade do sinal na sada do sensor bem como quanto maior for a distncia do

objeto menor ser a intensidade do sinal.

Na Figura 8 mostrado um sensor GP2Y0A21YK, fabricado pela Sharp, que

utiliza a tecnologia infravermelha para medir distncia. O pino V+ utilizado para

alimentao do sensor, que funciona com 5 volts; o pino 0 V (GND) deve ser ligado

ao terra (negativo da fonte de energia); e o pino V0 a sada do sensor, devendo

ser conectado a uma porta adequada de um microprocessador para que as

informao gerada, em forma de corrente eltrica, seja interpretadas pelo micro

controlador, a fim de se conseguir a distncia entre o sensor e o objeto refletor.

Figura 8: Pinos do sensor de distncia GP2Y0A21YK fabricado pele Sharp

Fonte: PATSKO, 2006

O sensor infravermelho tem como caracterstica positiva seu tamanho

compacto, alm de uma fcil instalao e configurao, e como caracterstica

negativa o fato da luz do sol e lmpadas incandescentes interferirem em seu

funcionamento, assim como objetos transparentes ao infravermelho como vidros e

superfcies lustrosas no serem corretamente identificado pelo sensor.

16

2.3. ATUADORES

Segundo Wendling (2010), atuadores so dispositivos que interferem em um

ambiente, modificando uma varivel controlada. Sua ao acontece quando

recebem um sinal proveniente do controlador, geralmente depois que o controlador

fez algum processamento de um sinal de entrada qualquer. A seguir alguns

exemplos de atuadores:

Motores

LEDs

Buzzers

2.3.1. MOTORES ELETRICOS

Segundo Gioppo, (2009) motores eltricos convertem energia eltrica em energia

mecnica e podem utilizar corrente continua (CC) ou alternada (CA), mas a escolha

do tipo de motor para uma determinada aplicao deve estar relacionada a suas

caractersticas.

2.3.1.1 Motores de Corrente Alternada

Segundo Spamer (2009) motores de corrente alternada geralmente so

utilizados por maquinas de grande porte e so alimentados diretamente da rede de

distribuio de energia. Os principais tipos de motores de corrente alternada so:

Motores sncronos: possuem esse nome porque seu eixo gira com a

mesma frequncia da rede de energia eltrica, ou seja, com velocidade

fixa. Sua utilizao mais vivel em potencias acima de 15 CV devido ao

alto custo em potencia mais baixar.

Motores assncronos ou de induo: So os mais utilizados na

indstria, cerca de 90% dos motores so de induo. Suas principais

vantagens so baixo custo, elevada confiabilidade, baixa manuteno e

como desvantagem possui baixo rendimentos fora de sua condio plena

de carga e uma elevada corrente de partida.

17

2.3.1.2 Motores de Corrente Continua

Motores de corrente continua tem seu uso voltado a aplicaes moveis ou de

menor porte, pelo fato de sua alimentao ser proveniente de pilhas, baterias ou

uma fonte de alimentao que converte a corrente alternada da rede eltrica para

corrente continua. Os motores de corrente continua comuns possuem dois terminais

que quando energizados fazem o motor girar em um determinado sentido, sendo

que quando se inverte a polaridade da fonte eltrica nestes terminais o motor gira

em sentido contrrio (GIOPPO, 2009).

Figura 9: Representao da estrutura de um motor de corrente continua

Fonte: GIOPPO, 2009

Na Figura 9 vemos a representao da estrutura interna simplificada de um

motor de corrente contnua com ims fixos. Ao se aplicar uma corrente (i) sobre um

condutor (Armadura) gerado um campo magntico que pode ser repelido ou

atrado pelos ims permanentes (N e S) dependendo do sentido da corrente que

chega ao comutador atravs da escova. Duas vezes por ciclo o os comutadores

mudam de contato invertendo o sentido da corrente na armadura esta mudana faz

com que a armadura gire sempre no mesmo sentido produzindo uma rotao

continua enquanto se tem uma carga aplicada as escovas. Estes motores tm como

caracterstica uma alta velocidade de giro e um pequeno torque.

18

Existem alguns tipos de motores CC que possuem mais de dois terminais,

como o caso dos motores de passo. Nestes dispositivos, a energia distribuda de

forma organizada em suas bobinas internas, proporcionando um controle do ciclo

interno do motor. Isso trs como vantagem um controle preciso da posio do motor

a cada instante, e um maior controle da velocidade de rotao. Estes motores so

usados em aplicaes que exigem maior preciso (GIOPPO, 2009).

2.3.2. LED

Segundo Utiluz (2012), o LED (Light emitter diode) ou diodo emissor de luz

um dispositivo eletrnico semicondutor que tem a capacidade de transformar energia

eltrica em luz. A Figura 10 mostra alguns LEDS de diferentes formatos.

Figura10: LEDs de diferentes formatos

um componente bipolar, ou seja, possui dois polos um chamado anodo e o

outro catodo. De acordo com a polarizao de seus terminais ele permite ou no a

passagem de corrente eltrica gerando ou no luminosidade. Diferentemente das

lmpadas convencionais, o LED no utiliza filamentos metlicos ou descarga de

gases para gerao de luz, sendo, portanto mais eficiente em determinadas

aplicaes.

Alguns dos principais benefcios do uso do LED so:

Menor custo de manuteno: apresentam uma longa vida til (por volta de

50,000 horas) no sendo necessrias manutenes peridicas.

19

Maior resistncia a impactos e vibraes: utiliza uma tecnologia de estado

solido, ou seja, no utiliza filamentos vidros ou similares, possui uma maior

robustez.

Ecologicamente correto: no utiliza metais pesados como o mercrio ou

outros elementos que agridam a natureza.

Baixa voltagem de operao: funcionam com voltagens que no

apresentam risco ao usurio.

De acordo com Morais (2005) existem outros tipos de LEDs especficos para

determinadas aplicaes como o LED emissor infravermelho, que ao invs de luz

visvel, emite raios infravermelhos quando aplicada uma tenso em seus terminais.

Esses raios podem ser captados por sensores nessa faixa de frequncia, lembrando

que a luz infravermelha esta em um espectro de frequncia que no pode ser

percebida pelo olho humano. O uso mais comum desses dispositivos em controles

remotos de aparelhos eletrnicos domsticos, como TVs, DVDs e aparelhos de som.

2.3.3. BUZZER

O Buzzer visto na Figura 11 um pequeno dispositivo eletrnico que tem a

finalidade nica de emitir sinais sonoros de alerta (bips). diferente de um

autofalante comum, pois se baseia no efeito piezoeltrico de alguns cristais, ou seja,

quando recebe um sinal eltrico em sua entrada produz uma expanso ou

compresso, sendo assim se este sinal for variante de tempo ele capaz de vibrar

de acordo com a frequncia do sinal, produzindo um som. Sua vantagem em relao

ao altofalante o seu tamanho reduzido e a capacidade de produzir um maior

volume sonoro a partir de um sinal de mesma intensidade. Os buzzers so muito

utilizados na placa me de computadores, produzindo sinais sonoros de indicao

do funcionamento correto ou adverso da mesma (ANDRADE, 2010).

20

Figura 11: Buzzer

2.4. PONTE H

A Ponte H um circuito importante na elaborao de sistemas automatizados.

Tem a caracterstica de controlar um motor de corrente continua utilizando sinais

gerados por um micro controlador. Esse controle se d pela disposio de seus

componentes tornando extremamente fcil controlar a polaridade da tenso nos

terminais de entrada do motor alternando assim o sentido de rotao e tambm a

velocidade que o mesmo gira com o uso de modulao PWM. Uma Ponte H bsica e

composta por 4 chaves mecnicas ou eletrnicas posicionadas formando a letra H,

sendo que cada uma localiza-se num extremo e o motor posicionado no meio

como pode ser visto na Figura 12 (PATSKO, 2012).

Figura 12: Esquema Ponte H

Adaptado de: PATSKO, 2012

21

Para que o motor funcione devem ser acionadas duas chaves em diagonal

fazendo com que a corrente flua pelo motor fazendo o girar em um determinado

sentido. Para que o motor gire no sentido contrrio basta desligar as chaves que

esto ligadas e ligar as outras duas. Esse funcionamento pode ser mais bem

entendido observando a Figura 12 (PATSKO, 2012)

Figura 13: Fluxo da corrente eltrica na Ponte H

Adaptado de: PATSKO, 2012

Caso se queira parar o motor, existem duas maneiras de se fazer isso usando

a Ponte H. A primeira seria desligando todas as chaves, o motor para suavemente,

devido fora do atrito, uma vez que no se tem nenhuma corrente aplicada no

dispositivo. A outra forma se acionar as duas chaves superiores ligadas ao positivo

da fonte de energia ou as duas chaves inferiores ligadas ao negativo da fonte de

energia. Dessa forma se tem uma parada instantnea (freio eletrnico), porque o

acionamento destas chaves faz com que a corrente eltrica flua de tal maneira nas

bobinas que promova a parada do motor e no o seu giro. Entretanto, deve-se tomar

cuidado para no fechar as quatro chaves, ou duas de um mesmo lado, ao mesmo

tempo, pois isso gerar um curto-circuito na fonte de energia provocando danos na

mesma e nas chaves da Ponte H.

Podemos encontrar Pontes H de duas formas diferentes, mas que tem o

mesmo princpio de funcionamento, construdas a partir de componentes discretos,

transistores, diodos, resistores entre outros como visto na Figura 14.

22

Figura 14: Ponte H constituda de componentes discretos

Existe ainda um circuito integrado que tem todos estes componentes

alocados no interior de um chip como o CI L298N visto na Figura 15 .O uso de um

modelo ou de outro vai depender da aplicao em que os mesmos sero usadas.

Normalmente o Circuito integrado usado em aplicaes onde no se trabalha com

correntes elevadas e se tem um espao reduzido para adaptar o componente

(PATSKO, 2012).

Figura 15: Circuito Integrado Ponte H

Fonte: Mercado Livre 2012

23

O ARDUINO 3.

Segundo Fonseca, Beppu (2010) a plataforma Arduino surgiu na Itlia em

2005. Seu objetivo era criar um dispositivo para controlar projetos de uma forma

menos custosa e mais eficiente do que os outros dispositivos existentes no mercado

at ento. Este projeto livre para o uso de todos gratuitamente, pois faz parte do

conceito de hardware e software livres, ou seja, os usurios de todo mundo podem

ter acesso a todas as suas especificaes e colaborar para o seu aperfeioamento.

O Arduino basicamente uma placa de entra e sada que foi desenvolvida

sobre uma biblioteca que simplifica a linguagem de programao C/C++. uma

plataforma de computao fsica, ou seja, o software interage diretamente com o

hardware, possibilitando assim uma fcil integrao com uma grande gama de

dispositivos eletrnicos como sensores e atuadores. Ele tambm permite que os

projetos desenvolvidos possam tanto funcionar de forma livre, ou seja,

independendo de um computador, ou conectados ao PC atravs de diversas

estratgias de comunicao.

O Arduino usa um microprocessador embarcado (com processador, memria

e controladores de entrada e sada no mesmo chip), que pode controlar suas aes

ou funes. Ele pode ser programado para funes especificas, diferentemente dos

microprocessadores utilizados nos PCs que englobam um propsito geral. .

Ele tambm pode ser visto como um conjunto de desenvolvimento capaz de

interpretar variaes no ambiente, transformadas em sinais eltricos por sensores

conectados em suas entradas, e acionar dispositivos atuadores em suas sadas

como lmpadas ou motores. Ou seja, pode ser visto como um dispositivo de controle

de entrada e sada de dados, com um tratamento desses dados entre a entrada e a

sada. Por exemplo, um sensor de temperatura pode ser conectado em um de seus

terminais de entrada, e os dados coletados por este sensor sero transformados em

24

sinais eltricos e processados pelo micro controlador e em seguida, de acordo com

os valores coletados e o tratamento feito no processamento, pode ser acionada uma

sirene conectada um de seus terminais de sada, para alertar sobre possveis

excessos de temperatura (FONSECA; BEPPU, 2010).

A Figura 16 mostra o diagrama de bloco para que se possa identificar melhor

os elementos principais do sistema.

Figura 16: Diagrama de blocos

Fonte: FONSECA, BEPPU, 2010

O processamento do Arduino realizado pelo micro controlador (Atmega)

atravs da linguagem de programao C/C++.Desta forma, as aes do hardware

so controladas de acordo com o software, tornando-o malevel para uma infinidade

de projetos diferentes. ,Junta-se a isso com o fato do Arduino ser uma ferramenta

open-source, ou seja, aberta para que todos com conhecimento em programao

possam utiliz-la, modific-la e ampli-la de acordo com as necessidades, sempre

com o intuito da melhoria de suas aplicaes(FONSECA; BEPPU, 2010).

3.1. CARACTERISTICAS

Desde que surgiu, em 2005, foram criadas varias verses do Arduino. Entre

elas podem ser citadas o Arduino Nano, Arduino Diecimila, Arduino Duemilanove,

Arduino Mega, Arduino UNO (verso atual) e diversas outras verses (ARDUINO,

2012). Na tabela 1 podem ser observadas as caractersticas tcnicas de uma placa

Arduino UNO.

25

Tabela 1: Caractersticas tcnicas Arduino UNO

Fonte: FONSECA, BEPPU, 2010

De acordo com Arduino (2012) a placa Arduino UNO pode ser alimentada

tanto de uma fonte externa quando da energia fornecida pela conexo USB, sendo a

fonte de energia selecionada automaticamente.

Caso seja usada uma fonte de alimentao externa, ela pode ser fornecida

por um adaptador AC/DC ou de uma bateria. O adaptador pode ser conectado

atravs de um plug de 2,1 milmetros de centro positivo, no conector de energia da

placa. J a alimentao por bateria pode ser feita conectando os pinos GND e VIN do

conector de alimentao. Mesmo podendo ser alimentado dentro de uma faixa de

tenso que vai de 6 a 20 volts, recomenda-se que a tenso de alimentao fique

entre 7 a 12 volts, caso ela seja menor que 7 volts pode causar instabilidades na

placa pois o pino que fornece 5 volts passa a fornecer um tenso menor, j se for

usado mais do que 12 volts de tenso na entrada o regulador de tenso pode

superaquecer e danificar a placa.

O Arduino UNO possui 14 pinos digitais que operam com 5 volts e podem ser

usados tanto como entrada ou como sada, de acordo com os comandos efetuados

na programao do micro controlador.

Cada pino pode fornecer ou receber um mximo de 40 mA. Alm disso,

alguns pinos tm funes especficas como receber e transmitir dados via

26

comunicao serial, comunicao SPI, proporcionar sada PWM e uma

particularidade o pino 13 possui um LED conectado ao mesmo que usado alm de

outras coisas para teste do funcionamento da placa (ARDUINO, 2012).

Ainda de acordo com Arduino (2012) alm dos 14 pinos digitais, a placa

possui ainda 6 entradas analgicas, rotulados A0 a A5, cada qual com 10 bits de

resoluo e tambm os pinos AREF usado como entrada para a tenso de

referncia e o pino Reset para reiniciar o micro controlador. Na Figura 17 detalha a

posio dos componentes na placa.

Figura 17: Arduino Uno componentes

Fonte: ADUINO, 2012

Os pinos de alimentao da placa Arduino so os seguintes:

VIN: A entrada de tenso da placa Arduino, quando ela est usando uma

fonte externa de energia (ao contrrio de 5 volts a partir da conexo USB

ou fonte de alimentao regulada externa). Se o fornecimento de tenso

for realizado atravs do conector de alimentao, possvel utilizar este

pino para retirar energia para alimentar algum outro dispositivo;

27

5V: A fonte de alimentao regulada usada para alimentar o micro

controlador e outros componentes na placa. Este pode vir do pino VIN

atravs de um regulador na placa, ou ser fornecido pelo USB ou outra

fonte de regulada de 5V;

3V3: Uma fonte de 3,3 volts gerado pelo regulador da placa. A corrente

mxima 50 mA;

GND: Pinos terra.

O processador ATmega328 utilizado no Arduino possui 32 KB de memria

flash para armazenar cdigo de programao dos quais 0,5 KB utilizado para o

gerenciador de boot. Alm 2 KB de SRAM e 1 KB de EEPROM que podem ser

usadas para leitura e escrita (ARDUINO, 2011).

Em termos de comunicao, o Arduino pode se comunicar com um

computador, com outros Arduinos e tambm com outros micro controladores. O

chip ATmega328 possui uma interface de comunicao serial UART TTL (5V), a qual

esta disponvel nos pinos digitais, pino 0 (RX) e 1 (TX).O Arduino possui um chip

exclusivo para converter os dados para o padro USB, permitindo e facilitando sua

comunicao com computadores, no sendo necessrios drivers adicionais

O software Arduino acompanha um monitor da porta serial, que permite a

visualizao dos dados recebidos pelo computador, bem como enviar dados para o

hardware Arduino com o intuito de facilitar sua utilizao. Os LEDs RX e TX na placa

piscam quando os dados trafegarem por suas linhas de dados USB-para-Serial e

USB-Computador, mas isso no ocorrer para comunicaes seriais nos pinos 0 e 1

(ARDUINO, 2012).

A largura e o comprimento mximos da placa do Arduino Uno so 68,58 e

53,34mm respectivamente (2,7" x 2,1"), com os conectores USB e de alimentao

estendendo-se alm destas dimenses. Quatro furos para parafusos permitem que a

placa seja fixada a uma superfcie ou encapsulamento.

28

3.2. IDE DO ARDUINO

O Ambiente de Desenvolvimento Integrado ou IDE (Integrated Development

Enviroment) do Arduino muito semelhante ao do processing1 e pode ser baixada

gratuitamente da WEB. A Figura 12 mostra a aparncia da interface grfica,

constituda pela Toolbar e os Menus File, Edit, Sketch, Tools e Help (IKWARE,

2012).

Figura 18: Ambiente grfico do Arduino

Na Toolbar esto diversos botes com funes distintas. A Tabela 2

apresenta uma descrio bsica da funo dos principais botes.

1http://processing.org

29

Tabela 2: Comandos da Toolbar Arduino e suas funes

Adaptado de: IKWARE, 2012

Segundo IKWARE, 2012 os menus File, Edit e Help apresentam as mesmas caractersticas que outros programas j o menu Sketch possui os seguintes comandos:

Verify/Compile: Verifica se o cdigo tem erros;

Import Library: Adiciona livrarias ao cdigo, o que lhe confere novas

possibilidades;

Show Sketch Folder: Abre a pasta do arquivo no Ambiente de Trabalho;

Add File: Adiciona outro arquivo ao arquivo inicial. Esse arquivo aparece

numa nova tab.

O menu Tools composto das seguintes funes:

Auto Format: Formata o cdigo para uma melhor leitura, alinhando as

chaves eindentando o seu contedo;

Copy for Discourse: Copia o cdigo para o clipboard, de forma que seja

possvel coloc-lo num frum e manter a distino da sintaxe por cores;

Board: Seleciona a placa que estamos a usar, o que controla a forma

como o cdigo compilado e o modo como feito o upload, assim como o

comportamento dos itens do menu Burn Bootloader;

Serial Port: Contm todas as portas srie que o computador possui,

permitindo escolher a que est a ser usada. Para usar portas USB

necessrio instalar um driver especfico.

30

Burn Bootloader: Os itens deste menu permitem gravar um bootloader na

placa Arduino com variados programas, mas no necessrio para uso

normal do Arduino.

3.3. LINGUAGEM DE PROGRAMAO DO ARDUINO

Os programas implementados para Arduino tem como base a linguagem de

programao C++. Sua sintaxe clssica mantida na declarao de variveis,

operadores, ponteiros, vetores (FONSECA, BEPPU, 2010). De uma forma geral, a

estrutura bsica da linguagem de programao do Arduino simples, sendo dividida

em dois blocos de funes que carregam outros blocos em seu interior. A funo

setup() a primeira a ser chamada, e a funo loop() a seguinte. Ambas podem

conter internamente outras funes. Na Figura 19 pode se ver uma representao

da estrutura formada pelas funes setup() e loop(), e um esclarecimento sobre a

importncia e o papel das mesmas no cdigo, bem como uma definio de funo e

declarao de funo em linguagens de programao (SILVEIRA, 2012).

Figura 19: estrutura formada pelas funes setup() e loop()

Fonte: SILVEIRA, 2012

31

Ainda segundo Silveira (2012), possvel encontrar na linguagem de

programao do Arduino algumas funes especifica para cada tipo de pino da sua

placa, assim como para porta USB. Na Figura 20 temos a indicao da posio dos

pinos e as principais funes.

Figura 20: Pinos e funes do Arduino

Fonte: SILVEIRA, 2012

Principais funes dos pinos digitais:

pinMod():Tem a funo de controlar o fluxo de informao nos pinos

digitais do arduino. Dois parmetros devem ser usados, pinMod(pino,

modo), no primeiro deve-se indicar qual dos quatorze pinos digitais sero

usados e o segundo se este pino vai ser de entrada ou de sada de dados.

Esta funo sempre escrita dentro da funo setup().

digitalRead():Tem a funo de ler uma informao de um determinado

pino que tenha sido configurado como entrada pela funo pinMode().

Deve ser passado como parmetro o pino em que se deseja ler a

informao digitalRead(pino).

digitalWrite(): Tem a funo de configurar determinado pino digital do

Arduino com um valor lgico. Dois parmetros so necessrios

32

digitalWrite(pino, valor), o nmero do pino que se deseja configurar e o

valor lgico que deve ser atribudo a ele (HIGH/LOW). analogWrite():Tem

a funo de gerar uma tenso analgica em um pino digital utilizando se

do PWM (pulse width modulation). O Arduino possui 6 pinos que suportam

essa funo, que requer dois parmetros analogWrite(pino, valor), o

nmero do pino em que essa tenso deve ser gerado e no segundo

parmetro a amplitude desta tenso que pode variar de 0 que corresponde

a 0 volts at 255 que corresponde a 5 volts no Arduino.

Principais funes dos pinos analgicos:

analogRead(): utilizada para ler um nvel anlogo presente no pino que

for indicado no parmetro, analogRead(pino), e guardar esse valor em

uma varivel criada pelo programador.

Principais funes da porta USB:

begin(): Esta funo usada para habilitar a porta serial, deve ser

passado com parmetro a taxa de transmisso e recepo em bits por

segundo emtre o computador e o Arduino, begin(taxa).

end(): Desabilita o uso da porta serial. Esta funo deve ser escrita dentro

da funo setup().

available(): Com esta funo possvel obter o nmero de bits disponvel

para leitura no buffer da porta serial

read(): Com esta funo pode-se ler o primeiro byte que esta no buffer

da porta serial

print(): Com esta funo possvel enviar para porta serial caracteres

ASCII que podem ser capturadas por um terminal de comunicao. Podem

ser usado dois parmetros nesta funo, print(valor, formato), o valor o

caractere a ser transmitido, j o formato opcional e usado quando se

deseja especificar com quantas casas decimais ou em que base numrica

um nmero deve ser transmitido.

33

println(): Tem a mesma funcionalidade da funo print() e como

diferencial acrescenta ao final da transmisso um caractere que indica o

retorno para o inicio da linha e um outro que indica mudana para prxima

linha.

A figura 21 mostra o editor de programao do Arduino. Destaque para as

funes setup e loop. Este cdigo faz com que um LED ligado a porta 13 do Arduino

fique piscando repetidamente em intervalos de um segundo. As barras seguidas (//)

so usadas para inserir um comentrio dentro do cdigo fonte.

Figura 21: Editor de programao do Arduino com cdigo exemplo

34

TRABALHOS RELACIONADOS 4.

Aplicao de tecnologias assistivas e tcnicas de Controle em Cadeiras de

Rodas Inteligentes Becker (2000). Esta uma tese de doutorado em que so

propostas tcnicas assistivas para cadeira de rodas inteligentes. O autor faz no incio

um balano da situao dos usurios de cadeira de rodas no Brasil mostrando o tipo

de deficincia apresentado, quem so e onde vivem, aps essa abordagem so

mostrado fatores ergonmicos desejveis em um cadeira de rodas como tipo de

estofado, tamanhos mais adequados e dimenses mas apropriadas ao perfil do

usurio, mas adiante Becker (2000) fala de interfaces de controle de cadeiras de

rodas motorizadas com joystick e apresenta tcnicas de navegao e sensoriamento

por lgica fuzzy para cadeiras de rodas. Estas tcnicas permitem fazer um

mapeamento de paredes e objetos gerando mapas para o reconhecimento de

ambientes permitindo assim, desviar de obstculos evitando colises. Alm disso,

ele sugere tambm implementaes que tratem dinamicamente obstculos que

surjam repentinamente em sua rota como pessoas.

Aplicao do Estudo da Interface Homem Mquina em Cadeiras de Rodas

Motorizadas (MADEIRA, 2008). Esta uma dissertao de mestrado com foco no

desenvolvimento de interface e sistema de navegao para cadeira de rodas. Alguns

usurios possuem necessidades especiais que os impossibilitam de usar cadeira de

rodas convencionais, este trabalho teve por finalidade prover solues para incluso

desses grupos atravs do uso das mais diversas interfaces de comunicao homem

maquina. Mas a diante Madeira (2008) detalho o uso de dispositivos de entrada e

sada, dispositivos de sada de dados, utilizao de sensores de movimento e

piezoelctrico, interface remota com computador embarcado alm de sistemas de

navegao e sensoriamento abordando roteamento do caminho, sensoriamento,

controle de movimento e orientao. A dissertao tambm aborda algoritmos de

assistncia navegao e navegao em locais muito populosos, deteco de

objetos e planejamento de rotas de desvio.

35

Projeto e desenvolvimento de circuito de controle para cadeira de

rodas(HAMANAKA, 2002). Esta dissertao de mestrado aborda tcnicas para

construo de um circuito que controle os motores de uma cadeira de rodas, o

objetivo de Hamanaka (2002) era produzir um circuito simples de baixo custo e

reprodutvel, o autor comea esclarecendo os princpios de funcionamento da

cadeira de rodas eltrica, logo em seguida faz um detalhamento sobre o controle do

motor, circuito de gerao do sinal PWM, modulador, joystick, dispositivo de

comutao, comparador e por fim apresenta o esquema eltrico do controle da

cadeira de rodas e os resultados dos experimentos.

Desktop Inteligente (MARIN, WERGRZN, 2012). Esta monografia tem como

objetivo a construo de um dispositivo que promova uma melhor interao entre o

usurio e um computador desktop. O intuito tentar corrigir os erros mais comuns

que usurios de computador de desktop cometem e que resultam em possveis

danos ao prprio usurio como posies incmodas e danosas coluna vertebral e

utilizao do computador em condies adversas de iluminao. Para isso foram

utilizados sensores de presena, distncia e luminosidade alm do dispositivo

Arduino. O autor detalha o hardware e o software utilizado e conclui falando dos

resultados positivos obtidos com o prottipo construdo.

36

DESENVOLVIMENTO DO HARDWARE 5.

O termo hardware aqui mencionado diz respeito a todo componente fsico

utilizado no desenvolvimento do prottipo da cadeira de rodas motorizada, os

principais so os componentes eletrnicos como o Arduino, sensores, Ponte H,

motores, LEDs, buzzer e baterias que tero seu funcionamento diretamente

influenciado pelo software. Tambm faz parte do hardware a estrutura em que estes

componentes foram montados como o chassi e as rodas do prottipo. Na figura 22

possvel ver o prottipo pronto com todos os componentes conectados.

Figura 22: Prottipo finalizado

37

Para facilitar o entendimento de como os componentes eletrnicos esto

conectados entre se, foi feito um diagrama que pode ser visto na Figura 23.

Explicaes sobre cada um dos itens presentes no diagrama, assim como a

justificativa de sua escolha e sua importncia dentro do trabalho podem ser vistas

nos tpicos seguintes.

Figura 23: Diagrama de bloco

5.1. Arduino

O primeiro item a se definir para o incio do trabalho foi o micro controlador,

pea de primordial importncia, pois ele quem hospeda o software que foi

implementado e de acordo com suas caractersticas que os demais componentes

de hardware foram escolhidos, assim como a linguagem de programao utilizada.

Tendo isso em mente e depois de analisar algumas caractersticas dos micro

controladores disponveis no mercado conclui-se que o Arduino Uno (verso mais

recente da plataforma Arduino) seria ideal para o projeto, pois seu hardware e

software so abertos, ou seja, livre para que qualquer pessoa que tenha interesse,

possa utilizar e modificar sua estrutura sem se preocupar com direitos ou patentes.

Outros pontos que favoreceram a escolha do Arduino foi sua facilidade de uso,

38

preo baixo e por ser facilmente encontrado no mercado. Alm disso, o Arduino,

devido a sua grande popularidade, dispe de uma imensa gama de dispositivos,

sensores e atuadores, compatveis com seus padres que tambm so facilmente

encontrados no mercado.

A funo do Arduino neste projeto captar os sinais gerados pelos sensores,

analisa-los e de acordo com o que foi programado em seu microprocessador, ativar,

desativar ou regular o funcionamento dos atuadores nele conectados. Detalhes de

como cada sensor e atuador controlado pelo Arduino so especificados nos

prximos tpicos, quando se discorrer especificamente sobre cada um deles.

Na Figura 24 possvel observar a placa Arduino usada neste trabalho.

Figura 24: Arduino Uno usado no prottipo

5.2. Sensor Ultrassnico e Infravermelho.

Os sensores utilizados foram trs, sendo dois deles ultrassnicos

representados no diagrama de blocos da Figura 22 como Sensor Ultra1 e Sensor

Ultra2, e o terceiro sendo um sensor infravermelho, representado como Sensor IR no

mesmo diagrama.

Os sensores ultrassnicos tem um papel de fundamental importncia na

percepo do ambiente, pois so eles que verificam a existncia de algum obstculo

no percurso da cadeira. Existem outros tipos de sensores que poderiam

desempenhar este papel, como o sensor de distncia infravermelho, mas neste

trabalho, em particular, foi mais apropriado o uso do sensor ultrassnico por sua

maior abrangncia em relao a objetos detectados. O sensor ultrassnico

39

consegue perceber objetos de vrias formas, cores e texturas diferentes que estejam

em seu campo de atuao, diferente do sensor infravermelho, que apresenta

dificuldade de perceber objetos translcidos ou em ambientes onde exista a

incidncia de luz solar.

De uma forma geral todos os objetos que apresentarem as caractersticas que

permitam refletir a radiao ultrassnica sero percebidos pelo sensor, englobando

assim grande parte dos obstculos que possam se interpor no caminho percorrido

por uma cadeira de rodas. O modelo de sensor ultrassnico utilizado foi o HC-SR04

2 que pode ser visto na Figura 25.

Figura 25: Sensor ultrassnico HC-SR04 (vista frontal, traseira e lateral)

J na Figura 26 possvel observar como os sensores foram ligados ao

Arduino para receber corrente eltrica e transmitir informaes. Nesta mesma Figura

tambm possvel observar quais portas digitais foram utilizadas para comunicao

entre Arduino e sensores.

Figura 26: Ligao dos sensores ultrassnicos ao Arduino

2 http://jaktek.com/wp-content/uploads/2011/12/HC-SR04.pdf

40

O pino VCC do sensor foi ligado ao pino 5 volt do Arduino e o pino GND do

sensor foi ligado ao pino terra do Arduino, ligaes estas que permitem a

alimentao do sensor pelo prprio Arduino. Para transferncia de informaes, o

pino Trig dos sensores foram ligados as portas 4 e 8 do Arduino e o pino Echo s

portas 2 e 7.

O uso dos dois sensores ultrassnicos tem a finalidade de se monitorar o que

estiver a frente e abaixo do prottipo. O sensor1 foi fixado na horizontal de modo

que monitora tudo que estiver a frente da cadeira e a uma distncia de at sete

metros. O sensor2 foi fixado na posio vertical e a frente das rodas dianteiras do

prottipo ficando a 10 centmetros do solo e tem a funo de detectar buracos ou

protuberncias no piso.

O sensor infravermelho, ou sensor IR (Infra Red) como est representado no

diagrama de blocos na Figura 23, foi utilizado para desempenhar funo diferente

dos sensores ultrassnicos, sendo usado para receber instrues que permitam

controlar o prottipo a distncia, atravs de um controle remoto convencional.

Na Figura 27 possvel ver em diversos ngulos o sensor infravermelho

utilizado para captar os sinais enviados pelo controle remoto.

Figura 27: sensor IR utilizado no prottipo

Nas cadeiras de rodas motorizadas comuns estes comandos so realizados

atravs de um Joystick fixado em um dos braos da cadeira e o usurio tem o

controle da direo e velocidade do veculo atravs dele. Como o prottipo

desenvolvido tem suas dimenses reduzidas, ele no tem capacidade para

transportar o indivduo que ir controla-lo, ento, optou-se por utilizar um controle

remoto para realizar tal tarefa.

41

Os controles remotos mais utilizados no dia a dia para controlar equipamentos

eletrnicos como TVS, DVDs, aparelhos de som entre outros, so controles que

usam a tecnologia Infravermelha para transmisso de dados e justamente por este

motivo, aliado ao baixo custo e relativa simplicidade de uso que esta tecnologia foi

utilizada no prottipo.

A Figura 28 mostra o Controle remoto modelo PCR-96 produzido pela Philco

utilizado no trabalho.

Figura 28: Controle Remoto

Este controle remoto originalmente utilizado em aparelhos de som da Philco

sendo que neste trabalho apenas alguns botes sero utilizados, para determinadas

tarefas, desta forma, os demais botes no possuem funo no controle do

prottipo. Os botes utilizados assim como a funo que ele desempenha no

controle do prottipo so:

Seta para cima: Prottipo movimenta se para frente.

Seta para baixo: Prottipo movimenta se para trs.

Seta para direita: Prottipo movimenta se para direita.

Seta para esquerda: Prottipo movimenta se para esquerda.

CD: Calibra o sensor vertical.

TAPE: Calibra o sensor horizontal.

POWER: Ativa/desativa os sensores.

MUTE: Controla a velocidade.

42

Neste controle remoto para cada boto existem dois cdigos que so emitidos

alternadamente quando se pressiona o boto. Desta forma ao se pressionar um

boto pela primeira vez o controle envia um cdigo ao receptor ou se pressionar este

mesmo boto uma segunda vez o controle envia um segundo cdigo alternando

entre estes dois cdigos toda vez que boto for pressionado. Os cdigos emitidos

por cada boto pressionado no controle sero vistos quando se tratar do

desenvolvimento do software no prximo captulo.

A Figura 29 mostra como o sensor IR foi ligado porta 13 do Arduino e

tambm ao pino GND e ao pino 5v, que fornecem alimentao ao sensor.

Figura 29: Ligao do sensor infravermelho ao Arduino

Um resistor de 220 ohms foi ligado em srie com a entrada positiva de

energia do sensor, para restringir o fluxo de corrente, evitando sobrecargas. J um

capacitor de 0,1 F foi ligado em paralelo entrada de alimentao para filtrar

possveis interferncias, que prejudicariam o correto funcionamento do sensor.

5.3. Ponte H

A Ponte H o circuito eletrnico utilizado em automao para controlar o

sentido de rotao e/ou a velocidade de giro dos motores de corrente continua (mais

informaes a respeito da Ponte H podem ser encontradas no captulo 2). Como o

43

prottipo da cadeira de rodas deve conseguir se deslocar tanto para trs como para

frente e ter sua velocidade de deslocamento controlada, o uso da Ponte H se fez

necessrio.

Basicamente, a Ponte H controla o sentido e a quantidade de corrente eltrica

da bateria a ser repassada aos motores do prottipo, de acordo com os sinais

enviados pelo Arduino. Ou seja, a Ponte H um item intermedirio entre o Arduino e

os motores, funcionando tambm como um circuito de proteo para o Arduino uma

vez que os motores no podem ser ligados diretamente ao Micro controlador, sobre

o risco de danific-lo, pois os motores consomem uma correte eltrica muito acima

daquela que as portas do Arduino podem oferecer.

No prottipo foram utilizadas duas Pontes H, uma para cada motor e optou-se

por mont-las a partir de componentes discretos: transistores, diodos e resistores j

que estes componentes so facilmente encontrados em placas de equipamentos

eletrnicos que esto em desuso, podendo assim ser reaproveitados para a

montagem da mesma. Na Figura 30 apresentado o diagrama do circuito eltrico

usado na montagem da Ponte H.

Figura 30: Diagrama eltrico Ponte H

Adaptado de: PATSKO, 2012

Os transistores Q1 e Q3, modelo BC558 e Q2 e Q4 modelo BC548 funcionam

como chaves e so ativados ou desativados de acordo com os sinais enviados pelo

Arduino, atravs de suas portas digitais, que chegam Ponte H pelas entradas 1 e

2. Os diodos modelo IN4004 ligados em paralelo aos transistores, tem a funo de

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proteg-los de uma possvel corrente reversa gerada pelas bobinas do motor. J os

quatro resistores de 220 ohms foram utilizados para se reduzir a corrente na base

dos transistores, para limitar a quantidade de corrente demandada das portas

digitais do Arduino, que s podem fornecer no mximo 40 miliamperes, sendo que

valores acima deste, podem danificar o micro controlador. Na Figura 31 possvel

ver a Ponte H em vrios ngulos depois de pronta.

Figura 31: Ponte H utilizada no prottipo

J na Figura 32 visto como os diversos componentes da ponte H foram

interligados entre si e entre os demais componentes do hardware.

Figura 32: Conexo da Ponte H com motores, Arduino e bateria

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As portas utilizadas foram 5, 6, 9 e 10 do Arduino, escolhidas por forneceram

sinal PWM, importante para o controle da velocidade do prottipo. possvel

observar que existe uma fonte exclusiva de energia para ponte H e

consequentemente para os motores, pois eles esto conectados a ponte H e

consomem bem mais corrente do que o micro controlador, tornando invivel o

fornecimento de corrente eltrica atravs do Arduino sobe o risco de danifica-lo.

A ponte H que controla o motor direito teve suas conexo ligadas s portas 5

e 6 do Arduino, j A ponte H que controla o motor esquerdo teve suas conexes

ligadas s portas 9 e 10.

5.4. Motores

Para a locomoo do prottipo, a inteno inicial era utilizar dois motores de

corrente contnua, um para cada roda traseira. Entretanto, como visto no captulo 2,

uma das caractersticas dos motores de corrente continua apresentar uma alta

velocidade de giro e um pequeno torque, o que o tornaria invivel para o uso no

prottipo, que deve se deslocar em baixa velocidade, uma vez que simula o

funcionamento de uma cadeira de rodas motorizada normal, que se desloca devagar

e possui um alto torque.

Para resolver este problema nas diferenas de giro e torque, o motor deve

estar acoplado a uma caixa de reduo de giro, que faz a inverso destes valores,

reduzindo a velocidade de giro e aumentando o seu torque atravs de engrenagens.

No mercado podem ser encontrados alguns motores que j vem com esta caixa de

reduo acoplada, mas para se obter o efeito pretendido, neste trabalho foram

usados dois servos motores utilizados em antenas receptoras de TV via satlite.

Os servos motores possuem uma limitao de giro do seu eixo, sendo que na

maioria das vezes s pode girar 180. Para serem usados no prottipo, eles

passaram por uma adaptao, onde foi retirada uma trava presente em uma das

engrenagens de reduo de giro (vista na Figura 33 A), o interior de um

potencimetro (visto na Figura 33 B), assim como sua placa de controle (visto na

Figura33 C).

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Figura 33: Adaptao de servo motor para giro contnuo

Adaptado de: PATSKO, 2012

Aps estas adaptaes, o servo motor se transformou em um motor de

corrente contnua, com uma caixa de reduo acoplada, exatamente o que era

necessrio para o prottipo. A Figura 34 mostra como os motores foram adaptados

na estrutura do prottipo e como as rodas foram encaixadas diretamente no eixo de

sada da caixa de reduo do motor.

Figura 34: Adaptao motor na estrutura do prottipo

Os motores foram ligados ponte H e esta por sua vez, foi ligada ao Arduino

e as baterias. O esquema desta ligao pode ser conferido na Figura 32 do tpico

anterior.

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5.5. Buzzer piezoeltrico

No prottipo, o buzzer foi usado com a finalidade de emitir sinais sonoros de

alerta (bips). Detalhes sobre o buzzer piezoeltrico podem ser vistos no captulo 2

deste trabalho.

A opo de utilizar o buzzer piezoeltrico e no um alto-falante comum por

exemplo, foi devido a seu tamanho mais compacto, maior robustez e uma maior

eficincia na reproduo de sons na faixa de frequncia que esto os sinais de

alerta. Sendo que o buzzer em relao a um altofalante consegue produzir um efeito

sonoro mais elevado desses sinais de alerta a partir de uma entrada de mesma

intensidade. O sinal variante que far o buzzer produzir som ser gerado pelo

Arduino, sendo que o tom e a durao destes sinais depender da programao

feita no micro controlador.

Na Figura 35 visto a ligao do buzzer a porta 13 do Arduino, em srie com

uma juno de dois resistores de 100 ohms cada, ligados em paralelo, gerando

assim uma resistncia de 50 ohms. Esta juno dos resistores foi usada porque no

foi encontrado um nico resistor com resistncia prxima a este valor. Esta

resistncia importante para limitar a corrente consumida pelo buzzer e no

danificar a porta do Arduino.

Figura 35: ligao eltrica do buzzer ao Arduino

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5.6. LEDs

No prottipo, foram utilizados dois LEDs de cores diferentes, um que emite luz

na cor vermelha e outro na cor verde. O vermelho acionado como forma de alerta

quando algum obstculo detectado pelos sensores do prottipo. J o que emite luz

na cor verde foi utilizado para sinalizar a recepo de sinal pelo sensor

infravermelho, isto importante para que se possa constatar o correto

funcionamento do controle remoto.

Os LEDs utilizados medem 5mm e tem formato cilndrico, foram ligados ao

Arduino em paralelo a um resistor de 330 ohms para limitar a corrente que circula

entre seus polos evitando possveis danos aos mesmos por sobrecarga. O LED de

cor vermelha foi ligado a porta 2 do Arduino e o de cor verde a porta 11 conforme

visto na Figura 36.

Figura 36: ligao eltrica dos LEDs ao Arduino

5.7. Baterias

Para a alimentao do prottipo, optou-se pelo uso de baterias, uma vez que

o mesmo deveria se movimentar livremente, e o uso de uma fonte de energia

proveniente da rede eltrica o deixaria limitado a conexes com o cabo de energia.

Para alimentar o Arduino foi utilizada uma bateria de 9 volts comum e para

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alimentao da ponte H e motores foram utilizadas trs pilhas pequenas em srie

totalizando 4,5 volts.

A Figura 37 mostra como as baterias foram adaptadas ao interior do prottipo

e ligadas a uma chave, que tem a funo de ligar e desligar a alimentao do

prottipo.

Figura 37: ligao das baterias ao Arduino

5.8. Montagem da estrutura do prottipo

O chassi do prottipo foi feito a partir de uma estrutura plstica onde foram

adaptados os motores com as rodas traseiras, as rodas dianteiras e uma armao

feita com fios de cobre de 6 mm, moldados e soldados em formato de uma cadeira,

como pode ser visto na Figura 38.

Figura 38: Estrutura do prottipo

Em seguida, foi acoplada a esta estrutura uma haste para a sustentao dos

sensores ultrassnicos. Nesta haste foram presos conectores, permitindo que os

sensores possam ser facilmente encaixados e desencaixados.

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A armao de fios de cobre em forma de cadeira e a estrutura plstica foram

revestidas com um material emborrachado (E.V.A), e o Arduino, ponte H, LEDs,

buzzer, sensor IR assim como os fios foram devidamente alocados e conectados

como pode ser visto na Figura 39.

Figura 39: Disposio dos componentes eletrnicos no prottipo

O Arduino foi adaptado na parte de trs do encosto da cadeira. J as pontes

H, uma para cada motor, foram adaptadas na sobre os prprios motores. O LED

vermelho que sinaliza a deteco de obstculos pelos sensores foi adaptado no

brao direito da cadeira, e o LED verde que sinaliza a recepo de dados pelo

sensor IR foi adaptado na parte superior esquerda da cadeira. O buzzer e o sensor

IR ficaram juntos as portas 13 e 12 do Arduino onde foram conectados.

Durante a montagem do hardware, algumas dificuldades foram encontradas

como o superaquecimento nos transistores das pontes H, este problema foi resolvido

com o uso de resistores que limitaram o fluxo de corrente nestes componentes

reduzindo seu aquecimento. Outro problema encontrado foi a sobrecarga que o

buzzer provocava na parta do Arduino em que se encontrava ligado e mais uma vez

este problema foi resolvido com o uso de resistores para o controle da corrente.

O Sensor IR tambm apresentou problemas, pois captava muita interferncia

junto ao sinal fornecido pelo controle remoto, a soluo foi o uso de um capacitor

cermico em paralelo com seus terminais de alimentao. Este capacitor ajudou a

filtrar estas interferncias, resolvendo o problema.

De uma forma geral o processo de montagem do hardware foi tranquilo com

todos os componentes funcionando dentro do esperando.

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DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE 6.

O software foi desenvolvido na IDE verso 1.0 do Arduino, utilizando a

linguagem de programao C/C++. Trata-se de um software embarcado, ou seja,

feito especificamente para funcionar em dispositivos com recursos de

processamento e memria escassos, se comparados aos computadores

convencionais. O uso do computador se fez necessrio para o desenvolvimento e a

compilao do cdigo pois uma vez tendo sido gerado o executvel binrio

proveniente da compilao, ele transferido e instalado via conexo USB no

Arduino, no sendo mais necessrio o uso do computador. O objetivo bsico e

principal do software controlar e integrar o funcionamento dos diversos

componentes de hardware interferindo nos comandos do usurio a fim de alertar e

proporcionar segurana no controle de uma cadeira de rodas motorizada.

A interao do usurio com o software ocorre atravs do controle remoto. A

Tabela 3 mostra as aes realizadas pelo software quando pressionado cada

boto no controle remoto e o cdigo corresponde a este boto.

Tabela 3: Interao software usurio

Boto Pressionado Cdigo do boto Ao realizada pelo software no prottipo

Seta para cima 3344 ou 1296 O prottipo se movimenta para frente

Seta para baixo 3345 ou 1297 O prottipo se movimenta para trs

Seta para direita 1312 ou 3360 O prottipo faz uma curva para direita

Seta para esquerda 3361 ou 1313 O prottipo faz uma curva para esquerda

Power 1292 ou 3340 Ativa/desativa a deteco de objetos pelos sensores

Mute 3341 ou 1293 Aumenta/reduz a velocidade do prottipo

CD 1337 ou 3385 Ajusta a distncia de deteco do sensor vertical

Tape 1335 ou 3383 Ajusta a distncia de deteco do sensor horizontal

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