Universidade Estadual de LondrinaCentro de Tecnologia e UrbanismoDepartamento de Engenharia Elétrica

Bruno Antonio Prado Ghirotti

Construção de Automóvel para Simulaçãode Estacionamento (Park Assist)

Londrina2018

Universidade Estadual de Londrina

Centro de Tecnologia e UrbanismoDepartamento de Engenharia Elétrica

Bruno Antonio Prado Ghirotti

Construção de Automóvel para Simulação deEstacionamento (Park Assist)

Trabalho de Conclusão de Curso orientado pelo Prof. Dr. ErnestoFernando Ferreyra Ramírez intitulado “Construção de Automóvelpara Simulação de Estacionamento (Park Assist)” e apresentadoà Universidade Estadual de Londrina, como parte dos requisitosnecessários para a obtenção do Título de Bacharel em EngenhariaElétrica.

Orientador: Prof. Dr. Ernesto Fernando Ferreyra Ramírez

Londrina2018

Ficha Catalográfica

Bruno Antonio Prado GhirottiConstrução de Automóvel para Simulação de Estacionamento (Park Assist) -Londrina, 2018 - 96 p., 30 cm.Orientador: Prof. Dr. Ernesto Fernando Ferreyra Ramírez1. Tecnologia . 2. Automodelo. 3. Motores. 4. Park Assist.I. Universidade Estadual de Londrina. Curso de Engenharia Elétrica. II.Construção de Automóvel para Simulação de Estacionamento (Park Assist).

Bruno Antonio Prado Ghirotti

Construção de Automóvel para Simulaçãode Estacionamento (Park Assist)

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso deEngenharia Elétrica da Universidade Estadual de Londrina,como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharelem Engenharia Elétrica.

Comissão Examinadora

Prof. Dr. Ernesto Fernando FerreyraRamírez

Universidade Estadual de LondrinaOrientador

Prof. Dr. Aziz Elias Demian JuniorUniversidade Estadual de Londrina

Prof. Dr. Leonimer Flávio de MeloUniversidade Estadual de Londrina

Londrina, 13 de dezembro de 2018

Dedico este trabalho a todos aqueles que, de alguma forma,auxiliaram para a concretização desta etapa.

Agradecimentos

Agradeço primeiramente à minha família pelo suporte necessário para a conclusãodessa etapa, em seguida um grande agredicimento ao meu orientador Prof. Dr. ErnestoFernando Ferreyra Ramírez que ensinou muito mais do que o necessário. Também gostariade agradecer aos amigos que fiz nessa trajetória, pois com eles os momentos complicadosficaram, ao menos, cômicos. Para finalizar, gostaria de deixar meus sinceros agradecimen-tos aos amigos de trabalho que me ajudaram de forma significativa para conclusão dessetrabalho.

Bruno Antonio Prado Ghirotti. Construção de Automóvel para Simulação de Es-tacionamento (Park Assist). 2018. 96 p. Trabalho de Conclusão de Curso em Enge-nharia Elétrica - Universidade Estadual de Londrina, Londrina.

ResumoAlgum tempo atrás era difícil de imaginar um automodelo fazendo uma manobra de es-tacionamento de modo autônomo, mas com o avanço da tecnologia de forma exponencialnos últimos anos, isso mudou. O sistema de Park Assist, atualmente, já é bastante co-nhecido e difundido, pois vários modelos de automotores possuem esse sistema. Há váriasformas de implementa-lo; uma delas é utilizando motores e sensores, seja ele ultrassônico,infravermelho ou qualquer um que apresente valores razoáveis, na dianteira e traseira doautomodelo. Esse trabalho apresenta uma proposta matemática que, através de cálculostrigonométricos, simula um sistema Park Assist.

Palavras-Chave: 1. Tecnologia . 2. Automodelo. 3. Motores. 4. Park Assist.

Bruno Antonio Prado Ghirotti. Automobile Construction for Park Assist Simu-lation. 2018. 96 p. Monograph in Electrical Engineering - Londrina State University,Londrina.

AbstractSome time ago it was hard to imagine an automobile doing a parking maneuver au-tonomously, but with the advancement of technology exponentially in recent years, thathas changed. The Park Assist system is now well known and widespread, as several mod-els of automotive have this system. There are several ways to implement it; one is usingmotors and sensors, be it ultrasonic, infrared or anyone with reasonable values at thefront and rear of the automodelo. This paper presents a proposal for simulation of a ParkAssist system.

Key-words: 1. Technology. 2. Automobile. 3. Engines. 4. Park Assist.

Lista de ilustrações

Figura 1 – Sistema Park Assist. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Figura 2 – Patente Ford. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Figura 3 – Automodelo usando Ackermann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Figura 4 – Trajetória do modelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Figura 5 – Geometria de Ackermann. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Figura 6 – Modelo geométrico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Figura 7 – Placa Arduino UNO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Figura 8 – Sketch Arduino UNO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Figura 9 – Sensor ultrassônico HC-SR04. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Figura 10 – Diagrama no tempo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Figura 11 – Sinais do sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Figura 12 – Ligação sensor-arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Figura 13 – Velocidade do rotor em função da tensão de armadura. . . . . . . . . . 36Figura 14 – Modos de operação de uma ponte H. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Figura 15 – Pinagem do pacote Multiwatt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Figura 16 – Circuito interno do L298. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Figura 17 – Sensor ultrassônico HC-SR04 em funcionamento. . . . . . . . . . . . . 41Figura 18 – Sensores ultrassônico HC-SR04 em funcionamento. . . . . . . . . . . . 42Figura 19 – Driver L298N. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Figura 20 – Motores que serão controlados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Figura 21 – Pré-montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Figura 22 – Pré-montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Figura 23 – Especificações fonte ATX. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Figura 24 – Placa da fonte utilizada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Figura 25 – Fonte montada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Figura 26 – Saídas disponíveis na fonte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Figura 27 – Automodelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Figura 28 – Cabo de alimentação externa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Figura 29 – Cabo de alimentação USB com fios livres. . . . . . . . . . . . . . . . . 54Figura 30 – Passos da Máquina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Figura 31 – Máquina de estados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Figura 32 – Início do Movimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Figura 33 – Automodelo em movimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Figura 34 – Estacionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Lista de tabelas

Tabela 1 – Primeira Bateria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Tabela 2 – Segunda Bateria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Tabela 3 – Terceira Bateria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Lista de Siglas e Abreviaturas

CI Circuito IntegradoDC Direct CurrentEq. EquaçãoFig. FiguraµC MicrocontroladorPWM Pulse Width ModulationUSB Universal Serial Bus

Sumário

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.1.1 Objetivo Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.1.2 Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.1 Sistema Park Assist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.1.1 Mercado e Patentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.1.2 Trajetória - Geometria de Ackermann . . . . . . . . . . . . . . . 272.2 Ambientes de Desenvolvimento Integrado (IDE-Integrated De-

velopment Environment) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.2.1 Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.3 Sensor ultrassônico HC-SR04 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.3.1 Conexão do sensor HC-SR04 ao Arduino . . . . . . . . . . . . . 342.4 Motores C.C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.5 Ponte H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.5.1 Circuito integrado L298 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3 DESENVOLVIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.1 Teste Sensor Ultrassônico HC-SR04 . . . . . . . . . . . . . . . . 413.2 Acionamento dos Motores com L298 . . . . . . . . . . . . . . . . 433.3 Alimentação Externa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.4 Cálculos para o automodelo baseado na Geometria de Acker-

mann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.5 Montagem final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.6 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.6.0.1 Funções Utilizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.6.1 Algoritmo Principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.1 Algoritmo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.1.1 Configurando a Ponte H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.1.2 Configurando os sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.1.3 Máquina de Estados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584.2 Simulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.3 Rendimento Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5 CONCLUSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655.1 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

A APÊNDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69A.1 Código Principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

A – ANEXO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73A.1 Datasheet HCSR04 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73A.2 Datasheet LM 298 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

23

1 Introdução

A tecnologia está presente no cotidiano de todas as pessoas; e seu aprimoramentobusca dar mais conforto ao estilo de vida dos usuários. Com o avanço da tecnologia rela-cionada à otimização de automotores, há interesse em descobrir como funcionam algumasdessas tecnologias. Uma delas que vale ressaltar é o sistema que auxilia o automóvelno estacionamento; conhecida como park assist. Que se explica, basicamente, em siste-mas eletrônicos capazes de auxiliar o motorista a realizar manobras de estacionamentoparalelo, consideradas complexas por muitas pessoas (HEINZ, 2014).

O primeiro sistema de estacionamento automático de produção foi desenvolvido pelaToyota Motor Corporation em 1999 e atualmente já estão presentes em vários modelosde automóveis comercializados no Brasil. Os automodelos estão ficando cada vez maismodernos, eficientes, seguros e confortáveis devido à inserção de microcontroladores, câ-meras, sensores e sistemas eletrônicos. O desenvolvimento de tecnologias que facilitama utilização dos automóveis agrega valor ao produto e com o tempo passam a ser itensindispensáveis. Esse trabalho busca um meio de fazer um automodelo, criado à partir decomponentes disponíveis financeiramente, simular um estacionamento autônomo. Há vá-rios trabalhos feitos que mostram somente a parte lógica do problema, ou seja, algoritmo;esse trabalho busca mostrar o processo desde o início, sem pular etapas.

O texto foi divido em quatro partes: a primeira mostra a teoria completa sobre cadaetapa do trabalho, a segunda retrata o desenvolvimento do trabalho passo a passo, emseguida, na terceira os resultados serão mostrados em função da eficiência do que foi feitoe, por último, a quarta parte explica a conclusão que foi feita após o término do trabalho.Todas as teorias e os cálculos envolvidos nesse trabalho serão apresentados conforme odecorrer do mesmo.

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo Geral

O objetivo principal do trabalho é simular um ambiente em que um veículo consiga semover livremente com o intuito de, através de uma alimentação externa e um software, nocaso o disponibilizado no site da empresa responsável pelo arduino, conseguir estacionarsozinho com os menores erros possíveis.

24 Capítulo 1. Introdução

1.1.2 Objetivos Específicos

-Aprender a utilizar uma IDE (Ambiente de Desenvolvimento Integrado) disponibili-zada pelo arduino

-Estudo dos componentes utilizados no trabalho (Sensores e CI’s)-Estudo do funcionamento de motores de corrente contínua (C.C)-Comunicação entre os componentes (USB)-Programação do software de simulação

25

2 Fundamentação Teórica

2.1 Sistema Park Assist

2.1.1 Mercado e Patentes

Atualmente, são inúmeros os sistemas que visam facilitar a vida do motorista nodia-a-dia. E para aqueles que temem no momento de uma baliza, muitos fabricantes jáoferecem em seus modelos mais caros a opção do sistema Park Assist. Trata-se de umrecurso que consegue estacionar o veículo numa vaga de forma automática; sendo que omotorista precisa acionar somente o pedal do acelerador e o do freio durante o processo(BLOGAUTO, 2017).

Figura 1 – Sistema Park Assist.

Fonte: (BLOGAUTO, 2017).

Para o melhor entendimento do sistema, usou-se um exemplo de carro da marca Jaguar:Ao ligá-lo, o Park Assist usa sensores em torno do seu Jaguar para medir o tamanho davaga potencial quando o veículo passa por ela. Ao detectar uma vaga pelo menos 20por cento mais comprida que o carro, o sistema pede que você pare o veículo, solte ovolante e engate a marcha à ré, através da tela Touchscreen. Ele então assume a direçãoenquanto você realiza a marcha à ré. O sistema é desativado se você assumir o volante. Eleautomaticamente evita objetos e outros veículos, mas você deve sempre permanecer alerta

26 Capítulo 2. Fundamentação Teórica

quanto a crianças e animais nas proximidades. Você permanece no controle do aceleradore dos freios, para poder dirigir lentamente e parar se necessário (JAGUARBRASIL, 2018).Atualmente há diversos modelos de park assist e, logicamente, existe diversas patentesrelacionadas ao assunto. Através de uma busca rápida em sites de pesquisa, nota-se quetodas as patentes são quase iguais, alterando apenas algum detalhe (TOLEDO, 2009).

Figura 2 – Patente Ford.

Fonte: (TOLEDO, 2009).

2.1. Sistema Park Assist 27

2.1.2 Trajetória - Geometria de Ackermann

O engenheiro alemão Georg Lankensperger criou um mecanismo eficiente, capaz deprover um sistema de direção para automóveis que eliminasse os pontos fracos do sistemaquinta roda, mecanismo utilizado anteriormente. Entretanto, por ter o problemas como governo alemão, o engenheiro não conseguiu patentear o sistema com seu nome, econtratou um agente na Inglaterra para patentear o invento. O agente era o advogadoRudolph Ackerman, ficando então, este novo sistema de direção conhecido como SistemaAckerman ou, em alguma literaturas como sistema de direção por princípio Ackerman(DIAS, 2016). A figura 3 representa, resumidamente, a geometria ackermann aplicada noautomodelo.

Figura 3 – Automodelo usando Ackermann

Fonte: (PRADO, 2013).

O modelo de Ackermann faz uso de algumas considerações para descrever a trajetóriade um veículo: o veículo é representado por um sólido sobre quatro rodas; as rodasdianteiras são movimentadas por um volante enquanto as rodas traseiras são fixas; a traçãodo veículo é dianteira (HEINZ, 2014). Esse modelo utiliza uma abordagem geométricasimples onde a manobra pode ser dividida em três segmentos, como mostra a figura 4.

28 Capítulo 2. Fundamentação Teórica

Figura 4 – Trajetória do modelo.

Fonte: (HEINZ, 2014).

O trajeto pode ser explicado tomando a reta NP como a primeira etapa, que corres-ponde ao alinhamento paralelo do automodelo com o veículo da frente; a segunda etapae a terceira etapa são a trajetória do ponto P até o ponto O e do ponto O até o Q,respectivamente. Essas duas últimas etapas são as consideradas automáticas no modelopark asssit.

Figura 5 – Geometria de Ackermann.

Fonte: (OENNING LISBOA, 2014).

Para resumir o problema geométrico da figura 5, adotou-se a geometria de ackermannpara um triângulo, como mostra a figura 6.

2.1. Sistema Park Assist 29

Figura 6 – Modelo geométrico.

Fonte: (OENNING LISBOA, 2014).

Por ser um triângulo retângulo o teorema de pitágoras pode ser aplicado, resultandoem:

(SegmentoAC)2 = (SegmentoAB)2 + (SegmentoBC)2 (2.1)

Os ângulos α e β podem ser calculados também:

α = arctan(SegmentoXDSegmentoRs1

) (2.2)

α = β (2.3)

Como foi mencionado e mostrado, o modelo de Ackermann transforma todo o pro-blema do park assist em um problema de geometria, envolvendo triângulos. Os cálculoscompletos para o automodelo serão apresentados conforme o desenvolvimento do trabalho.

30 Capítulo 2. Fundamentação Teórica

2.2 Ambientes de Desenvolvimento Integrado (IDE-Integrated Development Environment)

O ambiente de Desenvolvimento Integrado (IDE) é um programa de computador quereúne características e ferramentas de apoio ao desenvolvimento de software com o objetivode agilizar este processo. Usa-lo pode trazer diversos benefícios para as pessoas envolvidasno projeto, como os programadores, empresas e clientes. O uso adequado pode aumentara produtividade, diminuindo gastos e aumentando o desempenho. Com ela é possívelmedir resultados, fazer a verificação e correção de erros e integrar tecnologias. Algumasimportantes características e facilidades são (RUSSI, 2010):

Instalação – a instalação do IDE é fácil e rápida, para que o usuário possa começar autilizá-lo o mais breve possível.

Plataformas – O IDE funciona nas plataformas de hardware/software mais comuns,incluindo Windows, Linux e MacOS.

Licença de uso – IDEs distribuídas sob licenças de software livre são preferíveis, porserem mais acessíveis.

Comunidade de usuários – uma comunidade numerosa é um ponto positivo, pois facilitaa resolução de problemas que possam surgir.

Comunidade de desenvolvedores – geralmente, IDEs desenvolvidas por grupos trazematualizações mais rapidamente que os desenvolvidos por uma só pessoa.

Interface – a interfaces é intuitiva, limpa e amigável.Compiladores – é importante que o IDE funcione com os compiladores e interpretadores

mais populares.Depurador – é desejável que esteja integrado para facilitar a localização de problemas

de lógica.Editor – um editor poderoso com várias funcionalidades pode ajudar muito.Checagem de sintaxe – é um recurso muito útil, pois avisa quando há algo errado no

código antes que o usuário acione o compilador ou interpretador.Realce de sintaxe – é um recurso importante, pois mostra o código de forma que

fica fácil de visualizar e localizar funções, variáveis, constantes, strings, operadores, entreoutros.

Auto-completar – este recurso auxilia na digitação do código, diminuindo os erroscometidos.

Ajuda rápida – são dicas mostradas quando o mouse aponta para determinadas regiõesdo código.

Endentador – responsável pela formatação do código, ajudando na sua organização efacilitando sua leitura.

2.2. Ambientes de Desenvolvimento Integrado (IDE-Integrated Development Environment) 31

2.2.1 Arduino

Arduino foi criado em 2005 por um grupo de 5 pesquisadores: Massimo Banzi, DavidCuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis (ARDUINO, 2018). O objetivoera elaborar um dispositivo que fosse ao mesmo tempo barato, funcional e fácil de pro-gramar, sendo dessa forma acessível a estudantes e projetistas amadores. Além disso, foiadotado o conceito de hardware livre, o que significa que qualquer pessoa pode montar,modificar, melhorar e personalizar o Arduino, partindo do mesmo hardware básico.

Figura 7 – Placa Arduino UNO.

Fonte: (ARDUINO, 2018).

Assim, foi criada uma placa composta por um microcontrolador Atmel, circuitos deentrada/saída e que pode ser facilmente conectada à um computador e programada viaIDE utilizando uma linguagem baseada em C/C++, sem a necessidade de equipamentosextras além de um cabo USB (FILIPEFLOP, 2017).

32 Capítulo 2. Fundamentação Teórica

Figura 8 – Sketch Arduino UNO.

Fonte: Autor.

2.3 Sensor ultrassônico HC-SR04

O Sensor Ultrassônico HC-SR04 é um componente muito comum em projetos comArduino, e permite que você faça leituras de distâncias entre 2 cm e 4 metros, com precisãode 3 mm (FREAKS, 2018). Pode ser utilizado simplesmente para medir a distância entreo sensor e um objeto, como para acionar portas do microcontrolador, desviar um robô deobstáculos, acionar alarmes, entre outras aplicações.

2.3. Sensor ultrassônico HC-SR04 33

Figura 9 – Sensor ultrassônico HC-SR04.

Fonte: (BUILDBOT, 2015).

O funcionamento do HC-SR04 se baseia no envio de sinais ultrassônicos pelo sensor,que aguarda o retorno do sinal enviado, e com base no tempo entre envio e retorno, calculaa distância entre o sensor e o objeto detectado.

Figura 10 – Diagrama no tempo.

Fonte: (FREAKS, 2018).

Antes de tudo é enviado um pulso de 10µs, indicando o início da transmissão de dados.Em seguida, são enviado 8 pulsos de 40 kHz e o sensor então aguarda o retorno (em nível

34 Capítulo 2. Fundamentação Teórica

alto), para determinar a distância entre o sensor e o objeto. Para esse processo se utilizaa seguinte equação, onde "D"representa a distância:

D = Techo.340m/s

2 (2.4)

Onde 340m/s representa a velocidade do som no ar e Techo é o tempo do pulso emalto, referente à figura 10.

Figura 11 – Sinais do sensor.

Fonte: (FILIPEFLOP, 2017).

2.3.1 Conexão do sensor HC-SR04 ao Arduino

Para ligar o sensor à um microcontrolador são utilizados 4 pinos: Vcc, Trigger, ECHOe GND.

Figura 12 – Ligação sensor-arduino.

Fonte: Autor.

2.4. Motores C.C 35

Através da figura 12, nota-se que: o fio marrom está conectado no pino VCC do sensore na alimentação de 5V disponibilizada na placa arduino; o fio preto é o GND em ambos;o pino trigger representado pelo fio amarelo é conectado em um pino digital do arduino,e, por último, o pino echo representado pelo fio vermelho é conectado em um pino digitaldo arduino.

2.4 Motores C.C

Um motor cc tem uma alimentação proveniente de uma bateria ou qualquer outraalimentação CC. A velocidade de rotação pode ser controlada apenas variando a suatensão.

Existem três fatores importantes que devem ser levadas em considerados ao selecionarum motor CC: A velocidade, o torque e a tensão (GLOBALSPEC, 2018).

Velocidade do eixo: Um motor CC aplica uma tensão (V) para rodar um eixo a umavelocidade de rotação proporcional. As especificações de velocidade do eixo geralmentese referem à velocidade sem carga, que é a velocidade máxima que o motor pode alcançarquando não há torque aplicado. Tipicamente, a velocidade do eixo é dada em revoluçõesou rotações por minuto . Estas revoluções ou revoluções também podem ser representadasem radianos por segundo (rad/s) e para cálculos numéricos, o valor em radianos pode sermais conveniente. A seguinte fórmula descreve a relação entre radianos por segundo erotações por minuto.

Wrad/s = Wrpm.2π60 (2.5)

Para um caso ideal, a velocidade rotacional (Vr) é proporcional à tensão fornecida (Vf ).

Wr = r.Vf (2.6)

onde, r é uma constante de proporcionalidade rad/(s.V).Torque de saída: O movimento de rotação do eixo gera uma força de rotação cha-

mada torque. O torque é dado em unidades de força-distância. Ele pode ser de dois tipos:torque de partida ou torque contínuo. O torque de partida é o torque no qual a velocidadedo eixo é zero ou o motor está parado. Já o torque contínuo é o máximo em condiçõesnormais de funcionamento. Observe na equação (2.7) que o torque de um motor CC éproporcional à corrente de indução (I), sendo que neste caso temos a constante de torque(k) (SILVEIRA, 2017). A relação entre torque e corrente pode ser expressada como:

Torque = k.I (2.7)

Tensão disponível: Os motores de corrente contínua podem ser projetados paraoperar a uma tensão específica caso houver a necessidade. No entanto, sempre devemos

36 Capítulo 2. Fundamentação Teórica

observar a disponibilidade adequada para cada aplicação. Essa tensão disponível, variandona faixa desejada, controlará a velocidade de rotação do motor, como mostra a figura 13.

O motor de corrente contínua possui dupla excitação, ou seja, tem-se o enrolamento decampo (ou de excitação) e o enrolamento de armadura. Um aumento da tensão aplicadaà armadura do motor implica aumento de sua velocidade (USP, 2016).

Figura 13 – Velocidade do rotor em função da tensão de armadura.

Fonte: (USP, 2016).

2.5 Ponte H

Antes do estudo sobre ponte H ser iniciado há necessidade de ter em mente a di-ferença do conceito de direção e sentido, pois serão termos muito usados. Explicandoresumidamente:

Direção – vamos chamar de direção uma reta imaginária onde um corpo possa selocomover.

Sentido – indica o lado para o qual esse corpo possa ir, mantendo-se sobre a linha(direção). Com isso, podemos resumir esse artigo da seguinte forma: a direção é a reta(não tem meio, nem começo e nem fim). O sentido é para onde você vai da reta. Alémdisso, talvez já tenha percebido que cada direção tem, obrigatoriamente, dois sentidos(BUGLIA, 2016).

Uma Ponte H é um circuito especial que permite realizar a inversão do sentido dacorrente que flui através de uma carga. É muito utilizada, por exemplo, para controlar adireção de rotação de um motor DC. Uma ponte H possui quatro interruptores eletrônicos,que podem ser controlados de forma independente (REIS, 2017).

Basicamente, o circuito para funcionar precisa de um caminho que leve a corrente emum sentido, e um outro caminho que faça a corrente ir para o sentido oposto. Também,há necessidade de ligar e desligar a alimentação do motor.

2.5. Ponte H 37

Figura 14 – Modos de operação de uma ponte H.

Fonte: Autor.

O funcionamento dos dois modos de operação pode ser observado na figura 14. O cír-culo no meio da fígura representa um motor DC conectado no circuito. Quando as chaves1 e 4 estiverem fechadas, e as chaves 2 e 3 estiverem abertas, a tensão de alimentação Vinpolarizará o motor M com o positivo do lado esquerdo, fazendo com que a corrente fluada esquerda para a direita no motor. Entretanto, se fecharmos as chaves 2 e 3, e abrirmosas chaves 1 e 4, teremos o mesmo fenômeno, mas com a polaridade da tensão e o sentidoda corrente invertidos no motor.

2.5.1 Circuito integrado L298

O CI L298 é muito utilizado para o propósito de controle de motores, ele nada mais éque uma ponte H em um componente integrado. Uma das vantagens do uso dele é o menorespaço ocupado, a baixa complexidade do circuito e o fato de ele já possuir dois circuitosH, podendo assim, controlar dois motores (ALLAN MOTA, ÍCARO LOBO, 2017). Afigura 16 representa o circuito contido no CI; pode-se observar que o diagrama apresentaduas pontes H que podem ser utilizadas simultaneamentes.

O L298 é um circuito integrado que possui dois pacotes: 15-lead Multiwatt e o PowerSO20.Cada um deles possui pinagens diferentes, porém nesse trabalho será usado o L298N, querepresenta o Multiwatt Vertical (STMICROELECTRONICS, 2018).

38 Capítulo 2. Fundamentação Teórica

Figura 15 – Pinagem do pacote Multiwatt.

Fonte: (STMICROELECTRONICS, 2018).

Figura 16 – Circuito interno do L298.

Fonte: (STMICROELECTRONICS, 2018).

Uma característica muito importante do CI é sua resposta à sinais PWM (Pulse WidthModulation), pois esse tipo de sinal será muito usado nesse trabalho. O PWM consistebasicamente em aplicar uma onda quadrada de amplitude Vcc e frequência alta no lugarda tensão continua Vcc (ALLAN MOTA, ÍCARO LOBO, 2017). Ou seja, através da

2.5. Ponte H 39

largura de pulso da onda é possível controlar a potência, ou, a velocidade de um motor.Por exemplo, ao usar um sinal PWM qualquer em uma entrada qualquer do circuitoreferente à figura 16, teremos na saída um sinal na saída da seguinte forma:

Sinalout = Vcc.DutyCycle (2.8)

A equação (2.8), quer dizer que o sinal de saída (Sinalout) é igual a tensão de alimen-tação (Vcc) multiplicada pela fração de tempo em que esse sinal se encontra em estadoativo (DutyCycle).

41

3 Desenvolvimento

3.1 Teste Sensor Ultrassônico HC-SR04

Antes de começar a construção do código principal, há necessidade de testar todos osequipamentos que serão usados nesse trabalho. Primeiramente foram testados os sensoresultrassônicos que serão usados, no caso dois.

Figura 17 – Sensor ultrassônico HC-SR04 em funcionamento.

Fonte: Autor.

Para teste foi usado a sketch do próprio arduino. O primeiro teste pode ser vistona figura 17. Como foi dito anteriormente, serão usados dois sensores, assim, foi feitoo mesmo teste para os dois funcionando simultaneamente, como pode ser observado nafigura 18.

42 Capítulo 3. Desenvolvimento

Figura 18 – Sensores ultrassônico HC-SR04 em funcionamento.

Fonte: Autor.

A tela serial vista anteriormente pode ser gerada utilizando o algorítmo de teste colo-cado em seguida:

1 #inc lude " U l t r a son i c . h "2 #d e f i n e echoPin2 5 // Pino 5 recebe o pulso do echo3 #d e f i n e t r i gP in2 4 // Pino 4 envia o pulso para gera r o echo4 #d e f i n e t r i gP in1 85 #d e f i n e echoPin1 116 // i n i c i a n d o e passando os p inos7 Ul t ra son i c u l t r a s o n i c 2 ( t r igPin2 , echoPin2 ) ;8 Ul t ra son i c u l t r a s o n i c 1 ( t r igPin1 , echoPin1 ) ;9

10 void setup ( )11 {12 S e r i a l . begin (9600) ; // i n i c i a a porta s e r i a l13 pinMode ( echoPin2 , INPUT) ; // d e f i n e o pino echo como entrada ( recebe )14 pinMode ( t r igPin2 , OUTPUT) ; // d e f i n e o pino t r i g g e r como sa ida ( envia )15 pinMode ( echoPin1 , INPUT) ; // d e f i n e o pino echo como entrada ( recebe )16 pinMode ( t r igPin1 , OUTPUT) ; // d e f i n e o pino t r i g g e r como sa ida ( envia )17 }18

19 void loop ( )20 {21 f l o a t d i s t a n c i a 2 = ( u l t r a s o n i c 2 . Ranging (CM) ) ;

3.2. Acionamento dos Motores com L298 43

22 f l o a t d i s t a n c i a 1 = ( u l t r a s o n i c 1 . Ranging (CM) ) ;23

24 S e r i a l . p r i n t ( " Di s tanc ia2 em cm: " ) ;25 S e r i a l . p r i n t l n ( d i s t a n c i a 2 ) ;26 delay (1000) ; // espera 1 segundo para f a z e r a l e i t u r a novamente27

28 S e r i a l . p r i n t ( " Di s tanc ia1 em cm: " ) ;29 S e r i a l . p r i n t l n ( d i s t a n c i a 1 ) ;30 delay (1000) ; // espera 1 segundo para f a z e r a l e i t u r a novamente31 }

Vale ressaltar que o código feito serve apenas para ver se o sensor funciona ou não;por ser um algorítmo simples, ele apenas imprime o valor inteiro em centímetros. Umamelhor implementação do sensor será vista e discutida adiante no decorrer do trabalho.

3.2 Acionamento dos Motores com L298

Para acionar e controlar os motores como desejado, será usado o circuito ponte Hcontido no CI L298. Para isso foi adquirido um driver (placa) para facilitar o uso.

Figura 19 – Driver L298N.

Fonte: (FILIPEFLOP, 2017).

44 Capítulo 3. Desenvolvimento

Não há dificuldade nas pinagens do driver, como mostra a figura 19. Os conectoresMotor A e Motor B são onde os motores serão conectados; Ativa MA e Ativa MB repre-sentam os pinos para controle PWM dos motores; Ativa 5V e 5V são usados quando odriver está operando entre 6-35V, este regulador disponibiliza uma saída regulada de +5vno pino (5v) para um uso externo (com jumper), podendo alimentar, por exemplo, outrocomponente eletrônico; a Entrada é composta por 4 pinos de entrada responsáveis pelarotação dos motores; e por fim, 6-35V e GND serão usados quando, por exemplo, for usarum motor DC 12V, a fonte externa de alimentação pode ser conectada aqui.

Nesse trabalho, os dois motores que serão acionados trabalham na faixa de 3-6V e estãoacoplados em um carrinho, como mostra a figura 20, logo eles utilizarão uma alimentaçãode 7V.

Figura 20 – Motores que serão controlados

Fonte: Autor.

3.3. Alimentação Externa 45

O código à seguir é um algorítmo simples de teste para fazer o motor DC realizar omovimento para frente e para trás.

1 // IN1 no pino 72 //IN2 no pino 83 //ENA no pino 94

5 void setup ( ) {6 pinMode (7 , OUTPUT) ;7 pinMode (8 , OUTPUT) ;8 pinMode (9 , OUTPUT) ;9 }

10

11 void loop ( ) {12 // Girar em um sent ido13 d i g i t a l W r i t e (7 , HIGH) ;14 analogWrite (9 , 255) ; //Motor com rotacao maxima (0 −255)15 d i g i t a l W r i t e (8 , LOW) ;16 delay (2500) ;17 // Girar no s en t ido inve r s o ao a n t e r i o r18 d i g i t a l W r i t e (7 , LOW) ;19 analogWrite (9 , 150) ; //Motor com rotacao mediana (0 −255)20 d i g i t a l W r i t e (8 , HIGH) ;21 delay (2500) ;22 }

3.3 Alimentação Externa

Depois dos testes dos motores serem feitos, foram interligados com a placa arduino,fonte de alimentação externa e o shield ponte H; como mostra a figura à seguir:

46 Capítulo 3. Desenvolvimento

Figura 21 – Pré-montagem

Fonte: Autor.

3.3. Alimentação Externa 47

Figura 22 – Pré-montagem

Fonte: Autor.

Nessa foto (figura 22), pode-se observar que dois sensores foram alocados na frente ena traseira do automodelo. Inicialmente serão usados dois sensores ultrassônicos com apossibilidade de, com o decorrer do trabalho, mais um será inserido. A foto representadapela figura 21 mostra uma caixa de alimentação para pilhas, porém os motores consomemuma corrente significativa e por isso elas se descarregam rapidamente. Para resolver esseproblema tentou-se uma fonte de CPU ATX usada para alimentação; a mesma pode serobservada na figura 23.

48 Capítulo 3. Desenvolvimento

Figura 23 – Especificações fonte ATX.

Fonte: Autor.

Porém, os motores utilizados trabalham com tensão entre 3V e 7V. Através de tenta-tivas e erros a melhor tensão de alimentação encontrada foi de, aproximadamente, 7V epor isso essa fonte não foi utilizada, como mostra a figura 23.

Levando em consideração todas as informações necessárias que foram encontradas parausufruir de uma boa alimentação de entrada, foi utilizada uma pequena fonte constituídade um transformador e uma placa de circuito impresso.

3.3. Alimentação Externa 49

Figura 24 – Placa da fonte utilizada.

Fonte: Autor.

A figura 24 mostra uma foto da pré-montagem dessa fonte, que no caso, foi realizadano ano de 2015.

Figura 25 – Fonte montada.

Fonte: Autor.

50 Capítulo 3. Desenvolvimento

Figura 26 – Saídas disponíveis na fonte.

Fonte: Autor.

Depois de se fazer todo o processo para montagem da placa, tanto o transformadorquanto a placa foram colacadas dentro de uma caixa MDF (feita com fibras de madeirade reflorestamento que oferece média densidade , boa resistência e homogeneidade), comomostra a figura 25. A saída dessa fonte apresenta os valores vistos na figura 26, a únicasaída que não está marcada é a de 12V (bourne vermelho), pois não sera utilizada. Notrabalho será utilizada a saída GND (bourne preto) e a Variável (bourne amarelo) pelofato da necessidade de uma tensão de, aproximadamente, 7V.

3.4 Cálculos para o automodelo baseado na Geome-tria de Ackermann

Baseado na teoria apresentada sobre o modelo de Ackermann, foram feitos algunsestudos que serão apreentados aqui. Considerando a diferença entre um veículo real eum modelo para simular estudos, foram feitos cálculos geométricos para a simulação doautomodelo. Inicialmente, o ponto de partida da simulação considera que o veículo jáidentificou e determinou o comprimento da vaga e encontra-se parado com orientaçãoparalela à calçada. A orientação do veículo neste momento irá determinar a orientaçãofinal do veículo dentro da vaga. Melhorias ainda serão feitas.

Primeiramente foi medida a largura do automodelo que resultou em, aproximada-mente, 8cm. Outra variável medida foi a distância entre os eixos, que é de 17,5 cm.

3.5. Montagem final 51

Levando em consideração as figuras 5 e 6, o raio de curvatura (R) pode ser determinadopela seguinte equação (GUPTA, 2010):

R = D

tan β + W

2 (3.1)

onde: R - Raio de curvatura; D - Distância entre eixos; β - Ângulo de esterçamentomáximo; W - Largura total do veículo.

R = 11, 5tan(25) + 8

2 (3.2)

R = 28.66cm (3.3)

Nesse cálculo encontramos o valor do raio de curvatura. Vale ressaltar que o ânguloβ não é uma medida muito precisa e pode ser variada com o decorrer do trabalho. Outraobservação importante é que pode ter dois raios de curvaturas diferentes, como pode serobservado na figura 6, onde há os raios Rs1 e o Rs2. Vale ressaltar que todos os codinomesdados para o problema representam um segmento de reta.

Levando em consideração, inicialmente, o mesmo ângulo para o problema, ou seja Rs1

= Rs2. Utilizando as equações 2.1 e 2.2:

AC = 28.66 + 28.66 = 57.32cm (3.4)

XD2 = 57.322 − 28.662 = 49.64cm (3.5)

Onde XD representa o tamanho da vaga.

3.5 Montagem final

Com todos os componentes prontos e testados, eles foram conectados no carrinho,como mostra a figura 27.

52 Capítulo 3. Desenvolvimento

Figura 27 – Automodelo.

Fonte: Autor.

Para fazer a conexão da fonte externa com o automodelo foi feito um cabo de duasvias de, aproximadamente, dois metros. Vale ressaltar que os motores trabalham comuma tensão de 3V até 6V, ou seja, não são fortes e por isso deve-se levar em conta o pesodos cabos para não atrapalhar o movimento. Assim, a comunicação entre o computadore a placa arduino teve que ser improvisada para não haver problema com o movimento;foram soldados fios finos e soltos livremente justamente para não ter muito peso sobre ocarrinho no momento em que o código for iniciado, como pode ser observado nas figuras28 e 29.

3.5. Montagem final 53

Figura 28 – Cabo de alimentação externa.

Fonte: Autor.

54 Capítulo 3. Desenvolvimento

Figura 29 – Cabo de alimentação USB com fios livres.

Fonte: Autor.

3.6 Software

3.6.0.1 Funções Utilizadas

Para facilitar o uso do código para controlar o projeto, algumas funções básicas parao funcionamento foram feitas.

1 void f r e n t e ( i n t ve l o c idade )2 {3 d i g i t a l W r i t e ( IN2 , HIGH) ;4 analogWrite (EnA, ve l o c idade ) ; // (0 −255)5 d i g i t a l W r i t e ( IN1 , LOW) ;6 }7

8 void t r a s ( i n t ve l o c idade )9 {

10 d i g i t a l W r i t e ( IN1 , HIGH) ;

3.6. Software 55

11 analogWrite (EnA, ve l o c idade ) ; // (0 −255)12 d i g i t a l W r i t e ( IN2 , LOW) ;13

14 }15

16 void esquerda ( i n t angulo )17 {18 d i g i t a l W r i t e ( IN3 , HIGH) ;19 analogWrite (EnB, angulo ) ; // (0 −255)20 d i g i t a l W r i t e ( IN4 , LOW) ;21

22 }23

24 void d i r e i t a ( i n t angulo )25 {26 d i g i t a l W r i t e ( IN4 , HIGH) ;27 analogWrite (EnB, angulo ) ; // (0 −255)28 d i g i t a l W r i t e ( IN3 , LOW) ;29

30 }31

32 void stop_motorA ( i n t tempo )33 {34 d i g i t a l W r i t e ( IN1 , LOW) ;35 analogWrite (EnA, 0) ; // (0 −255)36 d i g i t a l W r i t e ( IN2 , LOW) ;37 delay ( tempo ) ;38

39 }40

41 void stop_motorB ( i n t tempo )42 {43 d i g i t a l W r i t e ( IN3 , LOW) ;44 analogWrite (EnB, 0) ; // (0 −255)45 d i g i t a l W r i t e ( IN4 , LOW) ;46 delay ( tempo ) ;47 }

Pode-se observar que cada função possui uma entrada; enquanto as quatro primeirasapresentam uma entrada com relação à velocidade do automodelo, as duas últimas (fun-ções para parada dos motores) apresentam entrada para saber qual o tempo o usuárioquer que ambos os motores fiquem desligados.

56 Capítulo 3. Desenvolvimento

3.6.1 Algoritmo Principal

Sabendo como utilizar os sensores e os motores, o passo seguinte foi juntar todas asinformações já adquiridas em um só algoritmo. O código principal se baseia em umamáquina de estados contendo quatro estados, como mostra a figura 30

Figura 30 – Passos da Máquina.

Fonte: Autor.

Fazendo referência novamente à figura 30; o "Aguarda Início"representa o estado emque o carro espera o usuário iniciar a simulação, enquanto o primeiro passo da máquinade estado é para o carro ir para trás e virar as rodas frontais para o lado que se desejaestacionar, o segundo passo se baseia em virar as rodas frontais pro lado oposto ao que foivirado anteriormente e continuar indo para trás, o terceiro passo é ajustar as rodas frontaise ir por um momento para frente e o último passo, simplesmente, desliga os motores.

57

4 Resultados

Os resultados desse trabalho se baseiam em testes que validam o sistema construído emostram seu desempenho.

4.1 Algoritmo

4.1.1 Configurando a Ponte H

A primeira tarefa que foi feita no código foi a configuração do shield da ponte H.

1

2 i n t IN1 = 10 ;3 i n t IN2 = 9 ;4 i n t IN3 = 8 ;5 i n t IN4 = 7 ;6 i n t EnA = 11 ;7 i n t EnB = 6 ;8 pinMode ( IN1 , OUTPUT) ;9 pinMode ( IN2 , OUTPUT) ;

10 pinMode ( IN3 , OUTPUT) ;11 pinMode ( IN4 , OUTPUT) ;12 pinMode (EnA, OUTPUT) ;13 pinMode (EnB, OUTPUT) ;

Observando as linhas de comando apresentadas acima, nota-se que foram criadas asconstantes para o controle dos dois motores (três constantes para cada). Os valores dadospara as constantes representam qual serão os pinos de saídas; já que todos os valores sãoconfigurados como output.

4.1.2 Configurando os sensores

Seguindo a linha temporal, o próximo componente que necessita de configuração é osensor.

1 #inc lude " U l t r a son i c . h "2

3 #d e f i n e echoPin2 5 // Pino recebe o pulso do echo4 #d e f i n e t r i gP in2 4 // Pino envia o pulso para gera r o echo5 #d e f i n e echoPin1 2 // Pino recebe o pulso do echo6 #d e f i n e t r i gP in1 3 // Pino envia o pulso para gera r o echo7

8 pinMode ( echoPin2 , INPUT) ;9 pinMode ( t r igPin2 , OUTPUT) ;

58 Capítulo 4. Resultados

10 pinMode ( echoPin1 , INPUT) ;11 pinMode ( t r igPin1 , OUTPUT) ;12

13 Ul t ra son i c u l t r a s o n i c 1 ( t r igPin1 , echoPin1 ) ;14 Ul t ra son i c u l t r a s o n i c 2 ( t r igPin2 , echoPin2 ) ;15

16 f l o a t l e i t u r a_sen so r2 = 0 ;17 f l o a t l e i t u r a_sen so r1 = 0 ;18

19 l e i t u r a_sen so r2 = ( u l t r a s o n i c 2 . Ranging (CM) ) ;20 l e i t u r a_sen so r1 = ( u l t r a s o n i c 1 . Ranging (CM) ) ;

Como mencionado na seção de desenvolvimento, não há segredos para a configuraçãodo sensores. Seguindo o começo do código mencionado, sabendo que são dois sensoresconectados no automodelo, primeiro foi adicionada a biblíoteca da ultrasonic (downloadpode ser encontrado em (FILIPEFLOP, 2017)), os defines feitos são para identificar aconexão que é feita com o Arduino, logo depois esses pinos são configurados como saída(trigger) e entrada (echo) para, na sequência, ser chamada a função contida na biblioteca.Para finalizar são criadas as variáveis do tipo float, para a leitura dos dados, e por últimoé o modo de como passar o valor lido pelo sensor para a variável que foi criada. Comesses passos finalizados, os sensores estarão configurados e prontos para o uso.

4.1.3 Máquina de Estados

A Máquina de estados desenhada para o sistema se baseia em quatro estados, comomostra a figura 31

1 #inc lude " s t d i o . h "2 #inc lude " s t d l i b . h "3

4 #d e f i n e Passo0 05 #d e f i n e Passo1 16 #d e f i n e Passo2 27 #d e f i n e Passo3 38

9 v o l a t i l e char ControleMaquinaEstado = 0 ;

Na parte do código descrito acima mostra quais biblíotecas adicionar, os defines, re-presentando os estados da máquina, e em seguida a variável de controle da máquina.Essa variável foi criado como volatile char, pois o tipo char é utilizado para representarcaracteres e o volatile indica que um valor pode ser alterado entre diferentes acessos.

4.1. Algoritmo 59

Figura 31 – Máquina de estados.

Fonte: Autor.

Como mencionado acima, essa máquina apresenta quatro estados. O primeiro deles éo estado em que o sistema aguarda o usuário dar início na máquina, sem dar o start osistema fica parado nesse estado; ao passar para o próximo estágio o sistema irá ativar osdois motores (um para virar as rodas dianteiras e o outro para girar as rodas traseiras) eseguirá o trajeto até que o valor lido pelo sensor traseiro for menor que 20 centímetros, casonão for o automodelo irá continuar sua trajétorio até encontrar o valor definido pelo sensor;o terceiro passo irá mudar o sentido de rotação do motor dianteiro, consequentemente,mudar o lado em que o automodelo estará esterçando e irá continuar o trajeto de ré por,aproximadamente, um segundo e em seguida passará para o próximo estado; No últimoestágio, o modelo irá alternar o sentido de rotação do motor traseiro e começará ir parafrente, se ajustando em linha reta através do motor dianteiro e assim que o valor lido pelosensor frontal for menor que vinte centímetros, os dois motores irão desligar e o modeloirá aguardar o início do programa novamente (estacionado). Vale ressaltar que há umpasso da máquina em que não se usa os valores lidos pelos sensores, mas utiliza-se umtempo para ativar/desligar os motores. Isso deve-se ao fato de que, após várias tentativase testes, o melhor jeito encontrado para suavizar os erros foi esse.

60 Capítulo 4. Resultados

4.2 Simulação

Na prática, como podemos observar na figura 32, foi feito um ambiente para simularuma vaga de estacionamento. Foi utilizada uma folha cartolina para padronizar o chãoem que o carro irá executar o movimento, pois assim diminui o risco de falha durante oprocesso.

Figura 32 – Início do Movimento

Fonte: Autor.

Outro material que foi utilizado foi papelão, como pode ser melhor observado nafigura 33. Essa figura também representa o automodelo na metade da execução do seumovimento.

4.2. Simulação 61

Figura 33 – Automodelo em movimento

Fonte: Autor.

Por fim, na figura 34, mostra-se o protótipo já estacionado, aproximadamente, nametade da vaga calculada no capítulo de desenvolvimento.

Figura 34 – Estacionado

Fonte: Autor.

62 Capítulo 4. Resultados

4.3 Rendimento Final

Para medir o rendimento final do algorítmo, foram feitos três baterias de testes. Emcada uma delas foram feitos 10 simulações do código. A segunda, terceira e quarta colunadas tabelas representam os passos da máquina de estado, ou seja, a segunda colunarepresenta o primeiro passo, a terceira coluna o segundo passo e a quarta coluna o terceiropasso. As respostas que podem ser obtidas para preencher a tabela é "Sim", ressaltandoque o automodelo completou aquela etapa sem problemas, e "Não", que é quando algumproblema acontece e o automodelo não executa a tarefa.

Tabela 1 – Primeira Bateria

Primeira Tentativa Não Não SimSegunda Tentativa Sim Não NãoTerceira Tentativa Sim Sim SimQuarta Tentativa Sim Sim SimQuinta Tentativa Sim Sim SimSexta Tentativa Sim Sim SimSétima Tentativa Sim Sim SimOitava Tentativa Sim Sim SimNona Tentativa Sim Sim SimDécima Tentativa Sim Sim Sim

Fonte: Autor.

Após a primeira bateria de simulações, nota-se que em duas vezes houve problemasem algumas etapas. Os erros encontrados foram dois erros mecânicos: há situações queo valor lido pelo sensor não condiz com a realidade e outras em que os motores nãorespondem ao comando e travam.

Tabela 2 – Segunda Bateria

Primeira Tentativa Não Não SimSegunda Tentativa Sim Sim SimTerceira Tentativa Sim Sim SimQuarta Tentativa Sim Sim SimQuinta Tentativa Sim Sim SimSexta Tentativa Sim Não SimSétima Tentativa Sim Sim SimOitava Tentativa Sim Sim SimNona Tentativa Sim Sim SimDécima Tentativa Sim Sim Sim

Fonte: Autor.

4.3. Rendimento Final 63

A segunda bateria de testes apresenta os mesmos problemas mencionados acima, masé importante analisar que os erros, normalmente, acontecem nas primeiras tentativas apósligar o automodelo. Isso só pôde ser observado, pois não foram feitas somente esse númerode testes.

Tabela 3 – Terceira Bateria

Primeira Tentativa Sim Sim SimSegunda Tentativa Sim Sim SimTerceira Tentativa Sim Sim SimQuarta Tentativa Sim Sim SimQuinta Tentativa Sim Sim SimSexta Tentativa Sim Sim SimSétima Tentativa Não Não NãoOitava Tentativa Sim Sim SimNona Tentativa Sim Sim SimDécima Tentativa Sim Sim Sim

Fonte: Autor.

A passagem da segunda para a terceira bateria de testes tem uma diferença em relaçãoà transição da primeira para a segunda; a primeira passagem foi feita desligando o equi-pamento e religando depois de um tempo, já a segunda foi feita em sequência. Nota-seaquilo que foi comentado: as primeiras tentativas depois de ligar são propícias à errosmais que as outras tentativas.

Levando em consideração as trinta análises feitas, o rendimento calculado foi:

n = 2830 = 0, 833333 (4.1)

Ou seja, 83,33 por cento.

65

5 Conclusões

Após a realização desse trabalho, pode-se observar que a tecnologia assistiva, que é umaárea do conhecimento, de característica interdisciplinar, que engloba produtos, recursos,metodologias, estratégias, práticas e serviços que dão mais autonomia, independência equalidade de vida a pessoas, vem se mostrando cada vez mais importante no mundo emque vivemos. Foi notada a importância que é, antes de tudo, um pré-projeto bem feitopara evitar erros no futuro. Uma das principais motivações do trabalho é o aprendizadoda teoria básica de um sistema park assist.

A simulação de park assist feita com o automodelo próprio mostrou como é relavantequalquer estudo feito em relação ao assunto. Pode-se notar que uma ótima maneirade se trabalhar com motores é utilizando transistores em formato de ponte H, com afinalidade de inverter a polaridade dos motores, e sinais PWM, que auxilia de formamuito satisfatório o controle de velocidade do motor, evitando controles analógicos parao sistema.

A construção do algoritmo teve complexidade e um grande aprendizado, pois foi aprimeira vez que foi realizado um trabalho com uma placa arduino e, consequentemente,houve pesquisas satisfatórias para essa aprendizagem. Quanto ao código, revisões em ma-téria já feita, como microprocessadores, e leitura de artigos foram feitas para a construçãodo sistema de estados. O algoritmo faz o automodelo estacionar de modo mais autônomopossível. Esse trabalho foi feito para simulação de um sistema, porém pode ser usado emoutras aplicações, como por exemplo, introdução à robótica educacional.

5.1 Trabalhos Futuros

Com o protótipo já feito, e contendo alguns erros mecânicos, pode ser feito alteraçõespara melhorar a eficiência do sistema. Em trabalhos futuros, pode-se adicionar novossensores para melhorar a eficiência dos dados recebidos, encontrar motores DC que traba-lham com tensão acima do que foi usada (ideal uma tensão de trabalho entre 9V e 12V).Na parte do código, uma melhoria que pode ser feita é adicionar um algorítmo que leia ovalor da velocidade do carro nos instantes desejados.

67

Referências

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FILIPEFLOP. Blog eletrônica. 2017. Acesso em: 19 de abril de 2018. Disponível em:<https://www.filipeflop.com/blog>. 31, 34, 43, 58

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68 Referências

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REIS, F. D. Como funciona uma Ponte H – Controle direcional demotores DC. 2017. Acesso em: 19 de maio de 2018. Disponível em:<http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/curso-de-eletronica/como-funciona-uma-ponte-h-controle-direcional-de-motores-dc/>. 36

RUSSI, A. C. D. F. Ambientes de desenvolvimento integrado no apoio ao ensino dalinguagem de programação haskell. CINTED-UFRGS, 2010. 30

SILVEIRA, C. B.Motor CC: Saiba como funciona e de que forma especificar. 2017. Acessoem: 05 de maio de 2018. Disponível em: <https://www.citisystems.com.br/motor-cc/>.35

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69

A Apêndice

A.1 Código Principal

1

2 #inc lude " s t d i o . h " // B i b l i o t e c a para maquina de es tados3 #inc lude " s t d l i b . h " // B i b l i o t e c a para maquina de es tados4 #inc lude " U l t r a son i c . h " // B i b l i o t e c a para s enso r u l t r a s s o n i c o5

6 #d e f i n e echoPin2 5 // Def ine o pino echo do senso r t r a s e i r o7 #d e f i n e t r i gP in2 4 // Def ine o pino t r i g do senso r t r a s e i r o8 #d e f i n e echoPin1 2 // Def ine o pino echo do senso r d i a n t e i r o9 #d e f i n e t r i gP in1 3 // Def ine o pino t r i g do senso r d i a n t e i r o

10

11 Ul t ra son i c u l t r a s o n i c 1 ( t r igPin1 , echoPin1 ) ; // Chamadas das funcoes doss e n s o r e s

12 Ul t ra son i c u l t r a s o n i c 2 ( t r igPin2 , echoPin2 ) ;13

14 #d e f i n e Passo0 0 // Def ine os passos da maquina de es tados15 #d e f i n e Passo1 116 #d e f i n e Passo2 217 #d e f i n e Passo3 318

19

20 v o l a t i l e char ControleMaquinaEstado = 0 ; // Cria−se v a r i a v e l para maquina21

22

23

24

25 i n t IN1 = 10 ; // Def in indo os p inos para a Ponte H26 i n t IN2 = 9 ;27 i n t IN3 = 8 ;28 i n t IN4 = 7 ;29 i n t EnA = 11 ;30 i n t EnB = 6 ;31

32 void setup ( ) {33

34

35 pinMode ( echoPin2 , INPUT) ;36 pinMode ( t r igPin2 , OUTPUT) ;37 pinMode ( echoPin1 , INPUT) ;38 pinMode ( t r igPin1 , OUTPUT) ;

70 Apêndice A. Apêndice

39 // Conf iguracao das portas como sa ida e entrada40 pinMode ( IN1 , OUTPUT) ;41 pinMode ( IN2 , OUTPUT) ;42 pinMode ( IN3 , OUTPUT) ;43 pinMode ( IN4 , OUTPUT) ;44 pinMode (EnA, OUTPUT) ;45 pinMode (EnB, OUTPUT) ;46 }47

48 f l o a t l e i t u r a_sen so r2 = 0 ; // Var i ave i s do senso r49 f l o a t l e i t u r a_sen so r1 = 0 ;50

51

52 void loop ( ) {53

54 l e i t u r a_sen so r2 = ( u l t r a s o n i c 2 . Ranging (CM) ) ;55 delay (10) ;56 l e i t u r a_sen so r1 = ( u l t r a s o n i c 1 . Ranging (CM) ) ;57 delay (10) ;58 esquerda (255) ;59

60 switch ( ControleMaquinaEstado )61 {62 case Passo0 :63 {64 esquerda (255) ;65 t r a s (105) ;66 l e i t u r a_sen so r2 = ( u l t r a s o n i c 2 . Ranging (CM) ) ;67 delay (10) ;68

69

70

71 i f ( l e i t u r a_sen so r2 < 22)72 {73 stop_motorA (1500) ;74 stop_motorB (1500) ;75 ControleMaquinaEstado = Passo1 ;76

77 }78

79 break ;80 }81

82

83

84 case Passo1 :85 {

A.1. Código Principal 71

86 d i r e i t a (255) ;87 delay (970) ;88 t r a s (110) ;89 delay (970) ;90

91

92 stop_motorA (1500) ;93 stop_motorB (1500) ;94 ControleMaquinaEstado = Passo2 ;95

96 break ;97 }98

99 l e i t u r a_sen so r1 = ( u l t r a s o n i c 1 . Ranging (CM) ) ;100 delay (10) ;101 case Passo2 :102 {103 esquerda (255) ;104 delay (700) ;105 f r e n t e (110) ;106 delay (1000) ;107 l e i t u r a_sen so r1 = ( u l t r a s o n i c 1 . Ranging (CM) ) ;108 delay (10) ;109 ControleMaquinaEstado = Passo3 ;110 i f ( l e i t u r a_sen so r1 < 20)111 {112 stop_motorA (1500) ;113 stop_motorB (1500) ;114 }115 ControleMaquinaEstado = Passo3 ;116 break ;117 }118

119

120 case Passo3 :121 {122 stop_motorA (1500) ;123 stop_motorB (1500) ;124 }125

126 }127

128 }129

130

131

132 void f r e n t e ( i n t ve l o c idade )

72 Apêndice A. Apêndice

133 {134 d i g i t a l W r i t e ( IN2 , HIGH) ;135 analogWrite (EnA, ve l o c idade ) ; // (0 −255)136 d i g i t a l W r i t e ( IN1 , LOW) ;137 }138

139 void t r a s ( i n t ve l o c idade )140 {141 d i g i t a l W r i t e ( IN1 , HIGH) ;142 analogWrite (EnA, ve l o c idade ) ; // (0 −255)143 d i g i t a l W r i t e ( IN2 , LOW) ;144

145 }146

147 void esquerda ( i n t angulo )148 {149 d i g i t a l W r i t e ( IN3 , HIGH) ;150 analogWrite (EnB, angulo ) ; // (0 −255)151 d i g i t a l W r i t e ( IN4 , LOW) ;152

153 }154

155 void d i r e i t a ( i n t angulo )156 {157 d i g i t a l W r i t e ( IN4 , HIGH) ;158 analogWrite (EnB, angulo ) ; // (0 −255)159 d i g i t a l W r i t e ( IN3 , LOW) ;160

161 }162

163 void stop_motorA ( i n t tempo )164 {165 d i g i t a l W r i t e ( IN1 , LOW) ;166 analogWrite (EnA, 0) ; // (0 −255)167 d i g i t a l W r i t e ( IN2 , LOW) ;168 delay ( tempo ) ;169

170 }171

172 void stop_motorB ( i n t tempo )173 {174 d i g i t a l W r i t e ( IN3 , LOW) ;175 analogWrite (EnB, 0) ; // (0 −255)176 d i g i t a l W r i t e ( IN4 , LOW) ;177 delay ( tempo ) ;178 }

73

ANEXO A – Anexo

A.1 Datasheet HCSR04

74 ANEXO A. Anexo

A.1. Datasheet HCSR04 75

76 ANEXO A. Anexo

A.1. Datasheet HCSR04 77

78 ANEXO A. Anexo

A.2 Datasheet LM 298

A.2. Datasheet LM 298 79

80 ANEXO A. Anexo

A.2. Datasheet LM 298 81

82 ANEXO A. Anexo

A.2. Datasheet LM 298 83

84 ANEXO A. Anexo

A.2. Datasheet LM 298 85

86 ANEXO A. Anexo

A.2. Datasheet LM 298 87

88 ANEXO A. Anexo

A.2. Datasheet LM 298 89

90 ANEXO A. Anexo

A.2. Datasheet LM 298 91

92 ANEXO A. Anexo

A.2. Datasheet LM 298 93

94 ANEXO A. Anexo

A.2. Datasheet LM 298 95

96 ANEXO A. Anexo