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Fatec Garça
___________________________________________________________________
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
MURILO VILELA DE CARVALHO
ALIMENTADOR AUTOMÁTICO PARA EQUINOS.
Garça 2014
Fatec Garça
___________________________________________________________________
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
Murilo Vilela de Carvalho
ALIMENTADOR AUTOMÁTICO PARA EQUINOS.
Artigo Científico apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para a conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte banca examinadora:
Prof. Laerte Edson Nunes
FATEC - Garça
Garça 2014
ALIMENTADOR AUTOMÁTICO PARA EQUINOS.
Murilo Vilela de Carvalho
E-mail – [email protected]¹1
Prof. Laerte Edson Nunes
E-mail – [email protected]²
2
Abstract – This work show the implementation of the one automatic feeder destined
for big animals with sporting finality, in search of a significant improvement in their incomes. The prototype was developed from a microcontroller PIC18F4550 for control of the process, using the MPLAB IDE tool, that is managed for language “C” for the development of software boarded, display of 7 segments for support the steps of request, and button for definition and change data, integrated circuit keeping hour updated. Keywords: Microcontroller. Sports. Feeder.
Resumo – Este trabalho apresenta a implementação de um alimentador automático
destinado a animais de grande porte com finalidades esportivas, em busca de uma melhoria significativa em seus rendimentos. O protótipo foi desenvolvido a partir de um microcontrolador PIC18F4550, para controlar o processo. Foi utilizado a ferramenta MPLAB IDE, o qual é regido pela linguagem “C” para o desenvolvimento do software embarcado, display de 7 segmentos para auxiliar as etapas de solicitação, e botões para definição e alteração de dados, circuito integrado que mantém a hora atualizada. Palavras chave: Microcontrolador. Esportes. Alimentador.
1 Aluno do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – FATEC-Garça
2 Docente do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – FATEC-Garça
1
INTRODUÇÃO
Sempre presente na história da humanidade, o cavalo começou a ser utilizado
inicialmente como meio de locomoção – seja conduzindo os guerreiros nas batalhas
seja auxiliando no campo. Hoje, os eqüinos não são tão populares na agricultura,
porém, ocupam papel de destaque na sociedade, sendo protagonistas de alguns dos
esportes mais elegantes do mundo, como o polo equestre e o hipismo.
O polo equestre, apesar de muito praticado na Europa, deixou de integrar o
programa olímpico devido a altos custos de transporte e cuidados necessários;
contudo, o interesse pelo esporte não diminuiu.
O Hipismo, categoria que abrange o salto, o adestramento e o concurso
completo de equitação (CCE), é a única modalidade olímpica em que um animal é
utilizado como parte integrante das provas; cavalo e cavaleiro necessitam estar em
total sincronia para alcançar um bom desempenho. O esporte é um dos únicos em
que homens e mulheres competem em níveis de igualdade.
O preparo dos animais para tais práticas exigem muito, de forma que aptidão
física é um fator muito importante para seu desenvolvimento nas modalidades, mas
além de aptidão, o animal necessita de uma alimentação que corresponda ao nível
da atividade que pratica, mesmo que em fase de aprendizagem, de forma a suprir
todo seu gasto energético, proporcionando um melhor desempenho do animal,
aumentando assim, sua qualidade de vida.
Diante desse contexto, foi desenvolvido um alimentador automático, que pode
ser programado para liberar a ração de acordo com a necessidade do usuário, e que
possua autonomia para alimentar os animais por vários dias.
A metodologia utilizada para a elaboração deste trabalho é a pesquisa
exploratória, que consiste na coleta de dados (disponíveis em sites, livros, revistas,
artigos) e conversas informais com pessoas especializadas no tema pesquisado.
Utilizando-se toda esta base teórica, será elaborado um protótipo funcional, que
consiste em desenvolver e implantar um sistema automático de alimentação de
equinos, destinados à prática desportiva, garantindo que os animais se alimentem
de maneira equilibrada e nos horários corretos, de forma a suprir suas necessidades
nutricionais, a fim de desempenharem a contento suas ativas desportivas.
O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um alimentador automático para
equinos. Os objetivos específicos do trabalho são: reduzir distúrbios causados por
maus hábitos alimentares, evitando também o aparecimento de vícios,
2
comportamentos indesejáveis e por vezes prejudiciais, que dificilmente são
eliminados, aumentando assim a eficiência nutricional dos animais, uma vez que um
plano de dieta seguido de maneira correta proporciona um maior e mais rígido
controle de peso, o que influencia no quadro físico do animal e interfere diretamente
em seu rendimento desportivo e a escolha das atividades a serem orientadas. Evitar
a ingestão de corpos estranhos, o que associado com alimentação volumosa de boa
qualidade, aumenta a eficácia do aparelho digestivo, conduzindo a flora intestinal a
uma melhor absorção e melhor digestão alimentar, reduzindo casos de gastrite.
Facilitar o manejo das baias, diminuir o stress, uma vez que os tratadores não terão
contato com os animais fazendo apenas o abastecimento dos reservatórios, além de
favorecer um estilo de vida saudável.
Este trabalho é relevante, pois o aumento da qualidade dos animais traz, além
de benefícios econômicos, uma melhoria significativa da imagem do nosso país em
âmbito mundial, uma vez que o Brasil é referencia em exportação de cavalos de
corrida.
3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capitulo, é apresentada a fundamentação teórica utilizada para o
desenvolvimento do trabalho, que está dividido em: Alimentação e nutrição de
eqüinos, alimentadores disponíveis no mercado, principais características do
microcontrolador PIC18F4550, motor CC, sensores e atuadores, display 7
seguimentos e definição de componentes eletroeletrônicos.
2.1 Alimentação e Nutrição
Quando abordamos a nutrição de equinos, devemos levar em consideração
dois tipos de exigências nutricionais: as de manutenção e as destinadas para as
atividades físicas. Desta forma, devemos voltar nossas atenções à energia para
suprirmos a exigência normal do animal e a exigência nutricional extra para animais
de competição, sempre respeitando seus limites. (CRUZ, 2010)
Ao contrario de outras espécies de interesse zootécnico, em que o criador
busca um rápido crescimento e ganho de peso, os cavalos necessitam de uma dieta
nutricional adequada a sua utilização. Os programas de alimentação para equinos
variam conforme a idade, o sexo e a atividade a qual é destinado. (SOUZA, 2013)
Na alimentação de equinos, temos como grande fonte de energia digestível
os grãos de cereais. Ao ofertar ao animal uma ração contendo diferentes grãos de
boa qualidade, notamos o bem estar metabólico do animal.Os volumosos contêm
alto teor de fibras e relativamente baixo teor em energia, incluem pastagens, palhas,
culturas forrageiras e silagens. As pastagens e palhas são os volumosos mais
comuns. Os concentrados são baixo teor de fibras e alto teor energético, incluem
grãos e alguns subprodutos de grãos. Os suplementos são utilizados para balancear
as rações e para ajustar as deficiências em proteína, minerais e vitaminas. Os
suplementos protéicos podem ser de origem animal ou vegetal, enquanto muitos
minerais estão presentes em substancias orgânicas e inorgânicas. Cada vitamina
tem variadas fontes naturais e em determinadas instancias o cavalo pode sintetizá-la
2.3 Alimentadores Disponíveis no Mercado
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Há muitas opções de alimentadores disponíveis no mercado hoje, embora sua
grande maioria seja destinada a animais domésticos, como o caso do pet feeder,
destinado a cães e gatos. Porém, esse dispositivo de tratamento doméstico
automático vem com horários pré-estabelecidos, onde o cliente não tem liberdade
para alterações. Alguns modelos oferecem três opções de programação, sendo elas:
8 horas de intervalo, uma vez a cada oito horas, três vezes ao dia. 12 horas de
intervalo, uma vez a cada doze horas, duas vezes ao dia e 24 horas de intervalo,
uma vez a cada vinte e quatro horas, uma vez ao dia. Já o MD1272, da
marcsystem@, possui função de estabelecimento de horários, quantidade de
refeições, e também, um sistema sonoro, o qual o tratador grava sua voz. O animal
é chamado pelo nome na hora programada, uma grande diferença de qualidade
entre produtos, porém, seu custo não está acessível para maioria dos consumidores.
2.4 Microcontrolador PIC18F4550
Segundo Denardin, (2011):
Um microcontrolador é um sistema computacional completo, no qual
estão incluídos uma CPU ( Central Processor Unit ), memória de
dados e programa, um sistema de clock, portas de I/O ( Input/Output
), além de outros possíveis periféricos, tais como, módulos de
temporização e conversores A/D entre outros, integrados em um
mesmo componente.
A plataforma de desenvolvimento desse projeto utiliza o microcontrolador
PIC18F4550, cuja pinagem é representada na Figura 01.
5
Figura 01 - Pinagem do microcontrolador PIC18F4550.
Fonte: www.alldatasheet.com.
2.4.1 Descrição da pinagem do microcontrolador PIC18F4550
Portas de entrada e saída (RA, RB, RC, RD e RE);
Canais de entradas analógicas (AN);
Pinos de alimentação (VDD e VSS);
Pinos de entrada para o oscilador externo (OSC);
Portas de comunicação serial (RX e TX);
Porta de comunicação USB (D+ e D-);
** Os pinos podem ter mais de uma função;
Os 35 pinos de I/O configuráveis, estão agrupados em 5 grupos denominados
PORTAS, sendo: PORTA; PORTB; PORTC; PORTD; PORT E.
2.4.2 Principais características do microcontrolador PIC18F4550
Memória FLASH para armazenamento de programa: 32 Kbytes;
Memória SRAM para armazenamento de dados: 2 Kbytes;
Memória EEPROM de dados: 256 bytes;
Portas configuráveis como entradas ou saídas digitais: 35;
Portas configuráveis como canais de entradas analógicas: 13;
6
Módulo CCP (Capture / Compare / PWM);
Capture: permite a medição do tempo de duração de um evento;
Comparação: compara valores entre os registros do TMR1 e CCPR;
PWM – Pulse Width Modulation: gera sinais de frequência e variáveis;
Porta paralela de 8 bits (SPP – Streaming Parallelal Port);
Temporizadores de 8 e 16-bits: 4;
Watchdog Timer;
Frequência de operação de até 48 MHz;
Múltiplas fontes de interrupção (20);
Dois comparadores;
Periféricos avançados de comunicação;
Porta de comunicação serial;
Porta de comunicação USB 2.0;
Arquitetura Harvard e tecnologia RISC com um conjunto de 75 instruções;
Pilha de 31 níveis.
2.5 Motor Corrente Continua
Os motores de corrente contínua são dispositivos que operam aproveitando
as forças de atração e repulsão geradas por eletroímãs e imãs permanentes. A ideia
básica de um motor é montar uma bobina entre os polos de um imã permanente ou
então, de uma bobina fixa que funcione como tal. Uma máquina de corrente continua
é composta, basicamente, por 4 componentes, sendo eles: rotor, anel comutador,
estator e escovas. (BRAGA, 2010)
O rotor (armadura) é a parte girante, montada sobre o eixo da máquina,
construído de um material ferromagnético envolto em um enrolamento chamado de
enrolamento de armadura e o anel comutador. Este enrolamento suporta uma alta
corrente em comparação ao enrolamento de campo e é o circuito responsável por
transportar a energia proveniente da fonte de energia. (BRAGA, 2010)
O anel comutador é responsável por realizar a inversão adequada do sentido
das correntes que circulam no enrolamento de armadura, constituído de um anel de
material condutor, segmentado por um material isolante, de forma a fechar o circuito
entre cada uma das bobinas do enrolamento de armadura e as escovas no momento
7
adequado. O anel é montado junto ao eixo da máquina e gira junto com a mesma. O
movimento de rotação do eixo produz a comutação entre os circuitos dos
enrolamentos. (BRAGA, 2010)
Já o estator (campo ou excitação) é a parte estática da máquina, montada em
volta do rotor, de forma que o mesmo possa girar internamente. Também é
constituído de um material ferromagnético, envolto em um enrolamento de baixa
potência, chamado de enrolamento de campo, necessário para produzir um campo
magnético fixo para interagir com o campo da armadura. Em algumas máquinas
comercializadas no mercado, é possível encontrar enrolamentos de compensação,
que compensam o efeito desmagnetizante da reação de armadura e enrolamentos
de comutação, que diminuem o faiscamento no anel comutador. Já as escovas, são
peças de carvão, responsáveis por conduzir a energia para o circuito do rotor.
(BRAGA, 2010)
A figura 02 mostra a estrutura básica e o funcionamento de um motor de
corrente contínua.
Figura 02 – Ilustração das partes de um motor cc.
Fonte: www.siemens.com.br.
2.6 Sensores e Atuadores
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Na concepção de Patsko, (2006):
Literalmente podemos definir a palavra sensor como “aquilo que
sente”. Na eletrônica um sensor é conhecido como qualquer
componente ou circuito eletrônico que permita a analise de uma
determinada condição do ambiente, podendo ela ser coisa simples
como temperatura ou luminosidade.
2.6.1 Sensor capacitivo
São sensores com capacidade de detectar a aproximação de objetos sem
necessidade de contato, baseada na variação da capacitância. (BRAGA, 2010) A
figura 03 apresenta os componentes básicos de um sensor capacitivo.
Figura 03 – Componentes básicos de um sensor capacitivo.
Fonte: www.sensorbras.com.br.
O funcionamento dos sensores capacitivos baseia-se no princípio da
mudança de freqüência de oscilação de um circuito ressonante com a alteração do
valor de capacitância formada pela placa sensível e o ambiente, devido à
aproximação de um corpo qualquer. Esta capacitância pode ser alterada,
praticamente por qualquer objeto que se aproxime do campo de atuação do sensor.
A mudança de freqüência ocasionada pela alteração da capacitância da placa
sensível é enviada a um circuito detector que transforma a variação da freqüência
em nível de tensão. O circuito trigger, trata de receber o sinal de tensão gerado no
detector e transformá-lo em onda quadrada adequada a excitar um circuito de
comutação o que já é o suficiente para acionar circuitos externos. (BRAGA, 2010)
2.7 Display de 7 Segmentos
Para Patsko (2006):
Um display de 7 segmentos é um componente eletrônico composto por 7 leds agrupados de forma ordenada, para que quando aplicada tensão em algum terminal, acenda seu respectivo LED. Se uma certa
combinação de LEDs for acesa simultaneamente, é possível identificar algarismos numéricos sendo mostrados pelo display.
2.8 Definições dos Componentes Eletroeletrônicos.
9
Os relés são chaves eletromagnéticas usadas para o acionamento de
cargas de alta tensão e/ou alta corrente a partir de um circuito de baixa tensão.
(PATSKO, 2006)
O resistor é um semicondutor cuja função é dificultar a passagem de
corrente elétrica, limitando a sua intensidade por meio de uma resistência elétrica e
distribuindo-a aos demais componentes. (ANZOLINE, 2007)
Anzoline, (2007) diz que:
Capacitor é um componente, que tem como finalidade, armazenar
energia elétrica. É formado por duas placas condutoras, também
denominadas armaduras, separadas por um material isolante
conhecido como dielétrico. Ligados a estas placas condutoras, estão
os terminais para conexão deste com outros componentes.
Bastos Filho, (2004) fala que:
O LED é um acrônimo para diodo emissor de luz (Light Emitting
Diode) semicondutor que pode se comportar como condutor ou isolante elétrico. O LED isolante é utilizado em circuitos de proteção
contra curtos, já o condutor, emite luz quando ocorre a passagem de corrente
Bastos Filho, (2004) diz:
Os circuitos integrados são circuitos electrónicos constituídos por
transístores, diodos, resistências e condensadores, fabricados num mesmo processo, sobre uma substância comum semicondutora de
silício, podem ser analógicos e digitais. A vantagem em utilizar circuitos integrados são o tamanho reduzido. O projeto utiliza um regulador positivo de tensão fixa para 5v com saida de 5v sob
corrente de até 1A (LM7805).
Transformadores ou trafos são dispositivos elétricos que tem a finalidade
de isolar um circuito, elevar ou diminuir uma tensão. Servem também para casar
impedância entre diferentes circuitos ou como parte de filtros em circuitos de rádio
frequência. (BERTINI, 2003)
O RTC (Real time clock) é um relógio sob a forma de um circuito
integrado que mantém o controle do tempo presente. O módulo é composto por um
chip DS1307, que é um relógio de tempo real e uma EEPROM 24C32, que poderá
ser usada para gravar dados.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
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Neste capitulo, é apresentada a estrutura do projeto, os materiais e métodos
utilizados para a construção do protótipo, o capitulo 3 é divido em: estrutura do
Alimentador, especificações do Hardware e especificações do software.
3.1 Estrutura do Alimentador
A Figura 04 mostra o esquema do projeto para criação da estrutura, onde nela
são fixados todos os componentes necessários para o controle do alimentador.
Figura 04 – Estrutura do alimentador.
Fonte: autoria própria.
O material escolhido para a estrutura do alimentador é o plástico, por ser leve
e resistente a ações de intemperismo. Ela é formada por um tambor plástico com
fundo arredondado (evita o acúmulo de ração nos cantos) e uma rosca sem fim de
poliacetal copolímero, um material leve, o que evita sobrecarga no motor, e também
a contaminação, pois a rosca fica em contato direto com a ração. A rosca sem fim
tem a função de levar a ração do reservatório até uma rampa que disponibiliza para
o animal. A Figura 05 apresenta o projeto de construção da rosca sem fim.
Figura 05 – Rosca sem fim.
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Fonte: www.palamaticprocess.com.br.
A rosca fica dentro de um cano que possui duas aberturas, pelas quais a
primeira é usada como entrada da ração para a rosca e a segunda como saída da
ração para a rampa, como a figura 06 mostra.
Figura 06 – Corte do cano de PVC.
Fonte: autoria própria.
3.2 Especificações do Hardware
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O circuito eletrônico que simula o hardware foi desenvolvido através da
ferramenta Proteus Ares, como apresentado na Figura 07.
Figura 07 – Plataforma desenvolvida para implementação eletrônica.
Fonte: Autoria própria.
Essa ferramenta permite a implementação e simulação, sem riscos de
ocasionar danos nos circuitos. Para a confecção da placa foram utilizados relés,
capacitores, resistores, leds, auto-transformador, circuitos integrados e circuito RTC,
como representado na figura 08.
Figura 08 – Plataforma.
Fonte: autoria própria.
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3.3 Especificações do Software.
As especificações do software foram estabelecidas de forma que o cliente se
adeque à necessidade de refeições a qual deseja disponibilizar para seu animal,
sendo elas divididas em: 1ª solicitação: quantidade de refeições, 2ª solicitação:
intervalo de refeições, 3ª solicitação: quantidade de ração.
As etapas de configuração são dadas a partir do momento em que o
alimentador é iniciado, começando pela quantidade de refeições desejada pelo
cliente. O controle é feito a partir dos botões: Avança, volta, “+”, “-“. Solicitado a
quantidade de refeições desejadas, a configuração passa para próxima fase com o
auxílio do botão “avança”. A segunda etapa da configuração é definir o intervalo de
refeições, iniciando a partir da primeira refeição. Ex: 3 refeições, 1ª refeição às 06:30
com intervalo entre refeição de seis horas. 2ª refeição às 12:30 e a última, às 18:30.
Continuando com a configuração, a 3ª etapa define a quantidade de ração
que deve ser liberada por refeição. A quantidade de ração é obtida pelo tempo de
acionamento do alimentador, assim, o tempo que foi gasto para liberar “x”g é o
tempo utilizado na configuração. Ex: 1kg de ração é despejado no reservatório, o
motor é acionado manualmente pressionando os botões “+” e “-”, simultaneamente,
supondo que esse 1Kg de ração demore 10 segundos para ser despejado, e o
animal tem uma exigência nutricional de 2,5Kg de ração por refeição, logo, o tempo
necessário para essa quantidade de ração será 25 segundos.
O botão “volta” é utilizado caso o cliente deseje alterar alguma configuração já
enviada para a memória do microcontrolador. Finalizada todas as etapas de
configuração, o alimentador inicia seu ciclo de funcionamento, e nenhum outro
comando interfere na configuração. Caso seja necessário alterar qualquer etapa, o
alimentador deve ser reiniciado e a configuração deve ser refeita, pelo fato da
programação ser armazenada na memoria FLASH.
Um circuito externo foi montado com o auxilio de um sensor capacitivo,
localizado no reservatório de ração e leds. Uma lógica invertida faz com que o
sensor emita nivel lógico 1 (ligado), sinalizando que a ração está em sua
proximidade. Ao enviar sinal lógico 0 (desligado), os leds acendem, sinalizando que
a ração não está no alcançe do sensor, avisando que o nível de ração no
reservatório é baixo é necessita ser resposto.
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Na implementação do software, foi utilizada a linguagem de programação C,
por meio do compilador PCW C Compiler IDE. A gravação do software no
microcontrolador foi realizada utilizando a ferramenta IC-PROG, em conjunto com o
gravador de PIC, que foi desenvolvido durante este projeto. Desta forma, a
ferramenta IC-PROG envia o arquivo no formato HEX, devidamente convertido para
binário, gerado pelo compilador, por meio da serial do computador para o
microcontrolador PIC18F4550. A Figura 09 mostra o processo de programação.
Figura 09 – Programa.
Fonte: autoria própria.
4 CONCLUSÃO
Este trabalho apresentou um protótipo de alimentador automático,
desenvolvido para auxiliar o sistema de alimentação de eqüinos. Onde é possível
alimentar o animal com horário e quantidade programada, provendo não só melhoria
em seus rendimentos, mas também, estabelecer um estilo de vida saudável. Traz
benefícios ao criador, como redução de gastos, tempo e manejo.
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5 REFERÊNCIAS
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<http://doradioamad.dominiotemporario.com/doc/transformadores_teori_pratica_dicas.pdf>. Acesso em: 17 maio. 2014
