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TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA Globo de Led Interativo para Projeção Virtual GLIPV Andréia Joice Oliveira Meira Bruna Natany de Vecchio Wallace Camilo Costa Oliveira Professor Orientador: Larry Aparecido Aniceto São Caetano do Sul / SP 2013 Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO Etec “JORGE STREET”

Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza ... 37ª EXCUTE/Eletrônica... · TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA Globo de Led Interativo para Projeção

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TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA

Globo de Led Interativo para Projeção Virtual GLIPV

Andréia Joice Oliveira Meira

Bruna Natany de Vecchio Wallace Camilo Costa Oliveira

Professor Orientador: Larry Aparecido Aniceto

São Caetano do Sul / SP 2013

Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza

GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO

Etec “JORGE STREET”

Globo de Led Interativo para Projeção Virtual GLIPV

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como pré-requisito para obtenção do Diploma de Técnico em Eletrônica.

São Caetano do Sul / SP

2013

Dedicamos este trabalho principalmente, aos professores Ivo, Laurindo, Salomão, Larry, Eduardo, Porfírio e Renan, por acreditarem e contribuírem com as nossas ideias e por nos mostrar novos caminhos. E a todos os demais que nos concederam ensinamentos ao longo de todo o curso.

AGRADECIMENTOS

Gostaríamos de agradecer primeiramente a Deus por iluminar nossa jornada,

aos nossos familiares por todo o apoio concedido, e por fim, a todos os professores

que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste projeto.

RESUMO

O Globo de LED Interativo para Projeção Virtual consiste na geração de uma

imagem virtual rotacional a partir do estudo da persistência retiniana, o seu principal

objetivo é ser utilizado para fins didáticos, podendo gerar qualquer tipo de imagem

com até 60.000 pixels.

Palavras-chave: Persistência retiniana, globo de LEDs, projeção virtual.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Regiões do olho humano ......................................................................... 12

Figura 2 – Resistor SMD ........................................................................................... 12

Figura 3 – ArduinoMega2560 .................................................................................... 13

Figura 4 – Fototransistor ........................................................................................... 14

Figura 5 – LED RGB PLCC6 ..................................................................................... 14

Figura 6 – Pinagem LED RGB PLCC6 ...................................................................... 14

Figura 7 – Encapsulamento do Emissor Infravermelho ............................................. 15

Figura 8 – Memória SRAM CY62128E ...................................................................... 16

Figura 9 – Registrador de Deslocamento 74HC595D ............................................... 16

Figura 10 – Conversor Serial Bluetooth ................................................................... 17

Figura 11 – Conversor RS232 para Bluetooth .......................................................... 17

Figura 12 – Capacitor eletrolítico .............................................................................. 17

Figura 13 – Capacitor de tântalo .............................................................................. 18

Figura 14 – Diodo UF4007 ........................................................................................ 18

Figura 15 – Diagrama em blocos .............................................................................. 19

Figura 16 – Fluxograma do Processo ...................................................................... 21

Figura 17 – Esboço parte mecânica ......................................................................... 22

Figura 18 – Contato rotativo ..................................................................................... 23

Figura 19 – Eixo de aço inox ½’’ ............................................................................... 24

Figura 20 – Motor DC 2.000rpm ............................................................................... 24

Figura 21 – Contato rotativo ..................................................................................... 25

Figura 22 – Barra de ferro ........................................................................................ 25

Figura 23 – Suporte de sustentação do eixo ............................................................. 25

Figura 24 – Superfície da mesa ............................................................................... 26

Figura 25 – Furação para fixação do motor .............................................................. 26

Figura 26 – Mesa e suporte de fixação após acabamento ....................................... 26

Figura 27 – Rolamento ............................................................................................. 27

Figura 28 – abas de aço inox ................................................................................... 27

Figura 29 – Protótipo ................................................................................................ 29

Figura 30 – Composição das cores .......................................................................... 31

Figura 31 – Imagem Mapa Mundi Plano .................................................................. 32

Figura 32 – Imagem em pixels ................................................................................. 33

Figura 33 – Imagem em bits ..................................................................................... 34

Figura 34 – Imagem Corel PhotoPaint ..................................................................... 35

Figura 35 – Esquema elétrico ................................................................................... 37

Figura 36 – Circuito impresso ................................................................................... 37

Figura 37 – Layout da placa ..................................................................................... 38

Figura 38 – Projeção do Globo ................................................................................. 39

Figura 39 – Carta de tempo do registrador de deslocamento 74HC595D ................ 40

Tabela 1 – Custos Elétricos....................................................................................... 20

Tabela 2 – Custos mecânicos ................................................................................... 27

Tabela 3 – Cronograma ............................................................................................ 28

Tabela 4 – Tabela verdade........................................................................................ 31

Tabela 5 – Características Elétricas do LED ............................................................. 36

Sumário

INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 9

1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 11

1.1 Persistência Ótica ............................................................................................... 11

1.1.1 O Olho Humano e a Persistência Retiniana .............................................. 11

1.2 Estudos dos Componentes/Tecnologias ............................................................. 12

1.2.1 Resistores SMD ........................................................................................ 12

1.2.2 ArduinoMega2560 ..................................................................................... 13

1.2.3 Fototransistor ............................................................................................ 13

1.2.4 LED RGB PLCC6 ...................................................................................... 14

1.2.5 Emissor Infravermelho .............................................................................. 15

1.2.6 Resistores de Pull-Ups/Pull-Down............................................................. 15

1.2.7 Memória SRAM CY62128E ....................................................................... 15

1.2.8 Registrador de Deslocamento 74HC595D ................................................ 16

1.2.9 Conversor Serial Bluetooth ....................................................................... 16

1.2.10 Capacitor Eletrolítico ............................................................................... 17

1.2.11 Capacitor de Tântalo ............................................................................... 17

1.2.12 Diodo UF4007 ......................................................................................... 18

2 PLANEJAMENTO DO PROJETO ......................................................................... 19

2.1 Diagrama em Blocos ........................................................................................... 19

2.2 Processos Elétricos ............................................................................................. 20

2.2.1 Tabela de Custos ...................................................................................... 20

2.2.2 Fluxograma do Processo .......................................................................... 21

2.3 Processos Mecânicos ......................................................................................... 22

2.3.1 Croqui ........................................................................................................ 22

2.3.2 Folhas de Processo ................................................................................... 24

2.3.3 Tabela de Custos ...................................................................................... 27

2.4 Cronograma ........................................................................................................ 28

3 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ................................................................... 29

3.1 Protótipo .............................................................................................................. 29

3.2 Resoluções da imagem ....................................................................................... 30

3.3 Formação da tabela ............................................................................................ 30

3.4 Formação da imagem ......................................................................................... 31

3.5 Circuito ................................................................................................................ 36

3.5.1 Layout da Placa......................................................................................... 38

4 RESULTADOS OBTIDOS ..................................................................................... 39

4.1 Funcionamento Técnico ...................................................................................... 40

4.2 Funcionamento Usuário ...................................................................................... 41

4.3 Características .................................................................................................... 41

CONCLUSÃO ........................................................................................................... 42

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 43

ANEXOS ................................................................................................................... 45

9

Introdução

Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma imagem virtual rotacional a

partir do estudo da persistência retiniana, conhecido também como ilusão de ótica

que designa o fenômeno provocado pelo olho humano ao reter a imagem de um

objeto por fração de segundos na retina, formando assim uma imagem virtual.

Consiste em um circuito eletrônico baseado no Microcontrolador ATmega2560 usado

para acender os LEDs a medida que o circuito é rotacionado. O projeto também usa

a comunicação Bluetooth possibilitando enviar imagens através de um computador

em tempo real mesmo em movimento.

A ideia é gerar a imagem do Globo Terrestre que posteriormente poderá ser

usado para fins didáticos, através da projeção de uma imagem esférica em três

dimensões.

Objetivos

Desenvolver uma imagem virtual esférica interativa para ser utilizada em

instituições de ensino, com o intuito de despertar o interesse dos alunos, tornando a

aula mais interessante e proporcionando melhor aproveitamento do conteúdo.

Justificativa

Ao notarmos a dificuldade dos professores em sala de aula para manter a

atenção dos alunos, decidimos criar um projeto didático que possa ser usado por

profissionais de todas as áreas, como por exemplo: em eletrônica, relacionado à

programação do globo e geração de imagens, e geográfica, a partir da imagem do

mapa mundi projetada em sua superfície, incentivando assim o estudo do globo

terrestre. Com a geração da imagem tridimensional e outros recursos podemos

aumentar a aprendizagem através dos avanços tecnológicos, além disso, o GLIPV é

capaz de projetar outras imagens, podendo ser usado para outros fins.

10

Metodologia

Foram realizadas pesquisas via internet sobre a ilusão de ótica e a formação

da imagem na retina do olho humano. A realização desse projeto foi baseada em

trabalhos anteriores referentes à persistência retiniana.

A construção do globo iniciou-se pelo desenvolvimento das placas que foram

simuladas pelo Proteus, e testadas com o auxílio de um osciloscópio digital. Utilizou-

se o AVR Studio 4 para o desenvolvimento, simulação e compilação do programa

em linguagem Assembler, e o CorelDraw 12 para a formação da imagem que será

apresentada no globo, possibilitando a criação da tabela de bits. A dificuldade

encontrada foi à confecção da estrutura mecânica por falta de conhecimento na

área, por isso, o projeto obteve ajuda de amigos e professores.

11

1 Fundamentação Teórica

O GLIPV é constituído por um eixo tracionado por um motor e três placas

semicirculares compostas por uma coluna de LEDs RGB, quando colocados sobre

alta rotação, cria uma excitação no olho humano que mantém a imagem persistente

na via ocular por uma fração de segundos, apresentando a imagem sem

interrupções.

1.1 Persistência Ótica

A persistência ótica é a capacidade que a retina possui para manter a imagem

de um objeto por cerca de 0,05 à 0,1 segundos após o desaparecimento da mesma,

do campo de visão. Em outras palavras, é a fração de segundo em que a imagem

permanece armazenada na retina.

A formação da imagem deve ser de 24 fotogramas por segundo (f.p.s) ou

superior, para que a imagem seja apresentada continuamente sem oscilações.

Para conseguir o movimento contínuo, a troca de imagens congeladas deve

ser rápida de modo que quanto maior for à velocidade de captação, melhor a

qualidade do movimento registrado.

1.1.1 O Olho Humano e a Persistência Retiniana

O olho humano é responsável pela captação de luz refletida pelos objetos ao

nosso redor. Quando olhamos para algum objeto, a imagem atravessa à córnea,

chegando à íris que regula a quantidade de luz por meio da pupila. Então, a imagem

atinge o cristalino e é focada sobre a retina. O cristalino produz uma imagem

invertida, e o cérebro a converte para a posição correta.

A energia luminosa é transformada em impulsos bio-elétricos enviados para o

cérebro, que os interpreta como imagem. Após o cérebro ter recebido os impulsos, a

retina continua mandando informações por aproximadamente 1/10 de segundo após

o último estímulo luminoso. Por esta razão, se uma imagem for alterada em uma

12

velocidade superior, elas tendem a se complementarem no cérebro, provocando a

sensação de movimento contínuo.

Figura 1 – Regiões do olho humano

1.2 Estudos dos Componentes/Tecnologias

1.2.1 Resistores SMD

Atualmente utilizados por circuitos compactos, equipamentos modernos e

tecnologia avançada, os resistores SMD são potencialmente úteis por sua

versatilidade. Estes possuem as mesmas funções de um resistor comum, porém são

soldados na superfície da placa, sem a utilização de terminais que transpassem a

placa.

A leitura do valor de sua resistência é feita a partir dos números encontrados

em sua superfície. Os dois primeiros dígitos significam o valor da resistência, o

terceiro significa a potência de 10 pela qual o número será multiplicado. Por

exemplo, o resistor SMD abaixo representa 10 x 103, ou seja, 10.000Ω ou 10KΩ.

Figura 2 – Resistor SMD

13

1.2.2 ArduinoMega2560

O ArduinoMega 2560 é uma placa baseada no microcontrolador

ATmega2560. Possui 86 entradas ou saídas programáveis, das quais 54

entradas/saídas digitais, 12saídas PWM, 16 entradas analógicas, 4 UARTs (portas

seriais de hardware), um oscilador à cristal de 16 MHz, um gravador USB integrado.

A alimentação pode ser através de conexão USB ou com uma fonte de alimentação

externa, na faixa de operação de 7 a 12 volts. Principais características do

Microcontrolador ATmega2560: Memória Flash 256 KB, SRAM 8 KB, EEPROM 4

KB, velocidade de processamento 16 MHz.

Figura 3 – ArduinoMega 2560

1.2.3 Fototransistor

São dispositivos de silício semicondutores, podendo ser comparado a um

transistor bipolar comum. Possui duas junções semicondutoras que variam a

corrente elétrica em função da intensidade de luz nelas incidentes, e uma cápsula

transparente que permite que luz possa atingir a base coletora da junção. Com a

ausência de luz e inversamente polarizadas, as junções não conduzem corrente

elétrica.

A incidência de luz (fótons) provoca o surgimento de lacunas na vizinhança da

junção base-coletor. Esta tensão conduzirá as lacunas para o emissor, enquanto os

elétrons passam do emissor para a base. Isso provocará um aumento da corrente de

base, o que por consequência implicará numa variação da corrente de coletor, beta

vezes maior.

14

Figura 4 – Fototransistor

1.2.4 LED RGB PLCC6

O LED RGB (Red, Green e Blue) possui em um único chip três cores aditivas

vermelho, verde e azul. Através da combinação dessas cores originam-se as

seguintes tonalidades: branco, amarelo, magenta (rosa) e ciano (azul piscina).

Figura 5 – LED RGB PLCC6

Configuração dos pinos:

Figura 6 – Pinagem LED RGB PLCC6

15

1.2.5 Emissor Infravermelho

O emissor infravermelho é utilizado para o acionamento do Fototransistor.

Suporta uma tensão reversa de até 5V e fornece uma corrente direta de 50mA entre

coletor e emissor.

Figura 7 – Encapsulamento do Emissor Infravermelho

1.2.6 Resistores de Pull-Ups/Pull-Down

Os resistores pull-ups são conectados ao VCC e os resistores de pull-down

são conectados ao GND (0 volts) para assegurar na entrada de um circuito lógico

digital o nível lógico desejado, ou seja, eles forçam um estado (0 ou 1). São

utilizados para evitar flutuação em pinos configurados como entradas (INPUT). Em

geral, é necessário implementar externamente, mas muitas vezes há pull-ups

internamente em alguns pinos do microcontrolador. No caso dos microcontroladores

ATmegas, já existem pull-ups e pull-downs internos configurados via software.

1.2.7 Memória SRAM CY62128E

É uma memória do tipo SRAM (Static Random Access Memory) possui

capacidade de armazenamento de 1MB organizados em 128K x 8, possui alta

16

velocidade de leitura e escrita aproximadamente 45ns suporta uma alimentação

entre 4,5V a 5,5V, encapsulada em SOIC 32 podendo operar entre -40ºC a +85°C.

Figura 8 – Memória SRAM CY62128E

1.2.8 Registrador de Deslocamento 74HC595D

O 74HC595D é um registrador de deslocamento de 8 bits com entrada serial

e saída paralela. É um circuito sequencial biestável assíncrono, ou seja, constituído

por portas lógicas capaz de armazenar um bit de informação, onde as saídas de

certos instantes dependem do valor de entrada mais os valores anteriores de saída.

Figura 9 – Registrador de Deslocamento 74HC595D

1.2.9 Conversor Serial Bluetooth

O Bluetooth é um padrão de comunicação sem fio, de curto alcance, baixo

custo e consumo de energia que utiliza tecnologia de rádio. Possui interface

conversora serial bluetooth com dois modos de Trabalho: ordem-resposta

(configuração) e conexão automática. Pode trabalhar como mestre, escravo e loop

infinito.

17

Figura 10 – Conversor Serial Bluetooth

Figura 11 – Conversor RS232 para Bluetooth

1.2.10 Capacitor Eletrolítico

É um componente que armazena carga elétrica sob a forma de um campo

eletrostático. São usados em circuitos eletrônicos para suavização, filtragem,

acoplamento e desacoplamento de sinais.

Figura 12 – Capacitor eletrolítico

1.2.11 Capacitor de Tântalo

Os capacitores de Tântalo utilizam o Óxido de Tântalo como dielétrico. São

utilizados geralmente em substituição ao eletrolítico, em circuitos que precisam que

18

o valor da capacitância seja constante com temperatura e frequência. Tem uma

baixa corrente de fuga e baixas perdas e tem uma vida muito maior do que os

eletrolíticos convencionais.

Figura 13 – Capacitor de tântalo

1.2.12 Diodo UF4007

O diodo é um componente que pode se comportar como condutor ou isolante

elétrico, dependendo da forma como a tensão é aplicada aos seus terminais,

funcionando como uma chave de acionamento automático, fechada quando o diodo

está diretamente polarizado, ou chave aberta quando o diodo está inversamente

polarizado. O diodo UF4007 suporta comutação em alta frequência e alta tensão e

correte reversa.

Figura 14 – Diodo UF4007

19

2 Planejamento do Projeto

2.1 Diagrama em Blocos

Figura 15 – Diagrama em blocos

Energização do Circuito

Inicialização do Microcontrolador

Geração da Imagem Padrão

Calibração da RPM

Inicialização do Bluetooth

Recebimento da Imagem via Bluetooth

Formação da Imagem

Fim

20

2.2 Processos Elétricos

2.2.1 Tabela de Custos

CUSTOS ELÉTRICOS

Descrição do produto Qtd. Unid. Valor unitário Valor Total

CI 74HC595D SOIC 16P 140 PÇ R$ 0,52 R$ 72,80

Resistor filme 10K 1% 50 PÇ R$ 0,01 R$ 0,50

Resistor filme 150R 1% 895 PÇ R$ 0,01 R$ 8,95

Resistor fime 100R SMD 5% 1200 PÇ R$ 0,01 R$ 12,00

CY62128ELL-45SXI CI SRAM 32P SOIC 2 PÇ 13,58 R$ 27,16

BPW17N - Fototransistor NPN 32VCE 2 PÇ R$ 2,06 R$ 4,12

TSAL6100 - Diodo emissor infravermelho T1-3/4 2 PÇ R$ 0,75 R$ 1,50

Converson Bluetooth p/ serial RS-232 1 PÇ R$ 78,40 R$ 78,40

Converson Bluetooth p/ serial TTL 5V 1 PÇ R$ 64,90 R$ 64,90

Placa Arduino Mega 2560 1 PÇ R$ 118,35 R$ 118,35

LED RGB PLCC6 400 PÇ R$ 0,70 R$ 280,00

Regulador de Tensão Chaveado LM2575 1 PÇ R$ 6,22 R$ 6,22

Capacitor eletrolítico 4700uF/35V 4 PÇ R$ 4,30 R$ 17,20

Circuito integrado ATmega2560 1 PÇ R$ 65,00 R$ 65,00

Cristal 20MHz 1 PÇ R$ 4,80 R$ 4,80

Cabo Flat 3 PÇ R$ 7,20 R$ 21,60

Placa cobre fibra 1 PÇ R$ 7,00 R$ 7,00

Placa adaptadora 64 pinos 1 PÇ R$ 20,00 R$ 20,00

Placa adaptadora 100pinos 1 PÇ R$ 30,00 R$ 30,00

Barra modular 40 vias 4 PÇ R$ 2,50 R$ 10,00

BM040-1E Barra de pinos 4 PÇ R$ 1,00 R$ 4,00

BM040-2E Barra de pinos 2 PÇ R$ 1,90 R$ 3,80

Confecção das Placas de fibra de vidro 3 PÇ __ R$ 1.462,76

Total R$ 2.321,06

Tabela 1 – Custos Elétricos

21

2.2.2 Fluxograma do Processo

Figura 16 –

N

Figura 16 – Fluxograma do Processo

INICIALIZAÇÃO DO

PROCESSADOR

INICIALIZAÇAO BLUETOOTH

APAGA SRAM

CARREGA DEFAUT

CONVERTE IMAGEM

GERA IMAGEM

1

EXECUTA COMANDO

VERIFICA TIPO DE COMANDO

SINCRONISMO

1

COMANDO BLUETOOTH

DEFINE POSIÇÃO “0” DA

IMAGEM

RETORNA

S

N

22

2.3 Processos Mecânicos

2.3.1 Croqui

Figura 17 – Esboço parte mecânica

23

Figura 18 – Contato rotativo

24

2.3.2 Folhas de Processo

Para confecção do eixo utilizou-se uma barra de aço inox de ½’’ com 700mm

de comprimento, na qual em uma das extremidades foi feito um furo de centro com

diâmetro de 8mm para acoplamento do motor e dois furos de fixação com diâmetro

de 5mm.

Figura 19 – Eixo de aço inox ½’’

Utilizamos um motor DC de 2.000 rpm, alimentado em 12V.

Figura 20 – Motor DC 2.000rpm

O contato rotativo foi produzido a partir de tarugo de latão e nylon, com a finalidade

de alimentar o circuito e enviar sinais elétricos com as placas em movimento.

25

Figura 21 – Contato rotativo

Para evitar que o eixo saia do seu ponto gravitacional foi colocado um suporte

para dar sustentação do mesmo. O suporte foi confeccionado através de uma barra

de ferro com 2m de comprimento e 40mm de largura e 40mm de altura. Uma barra

com 700mm de comprimento foi colocada na vertical e soldada com outra de 400mm

comprimento na horizontal formando um “L”. Para fixação na superfície da mesa o

suporte foi soldado entre duas barras de 430mm comprimento.

Figura 22 – Barra de ferro

Figura 23 – Suporte de sustentação do eixo

26

A superfície da mesa é composta por uma chapa metálica com as seguintes

dimensões 690x430x14mm. Um furo central com 16mm para passagem do eixo do

motor e 3 furos para fixação do motor.

Após a confecção, as peças mecânicas foram pintadas com tinta preta fosca

para evitar o reflexo das luzes.

Figura 24 – Superfície da mesa

Figura 25 – Furação para fixação do motor

Figura 26 – Mesa e suporte de fixação após acabamento

27

Em cima do suporte de sustentação foi fixado um rolamento para permitir o

movimento controlado do eixo evitando o desgaste do material. As placas foram

fixadas no eixo através de uma aba de aço inox por onde cada extremidade foi

parafusada.

Figura 27 – Rolamento

Figura 28 – abas de aço inox

2.3.3 Tabela de Custos

CUSTOS MECÂNICOS

Descrição do produto Qtd. Unid. Valor unitário Valor Total

Parafuso 1/4 x 31/2 + arruela 8 PÇ R$ 0,50 R$ 4,00

Parafuso allen M-5 x 0,8 x 5 4 PÇ R$ 0,26 R$ 1,04

Parafuso cilindrico fenda M-3 x 0,5 x 6 20 PÇ R$ 0,07 R$ 1,40

Porca sextavada M-3 x 0,5 20 PÇ 0,05 R$ 1,00

Spray verniz 1 PÇ R$ 13,00 R$ 13,00

Spray multi-uso fosco 400mL 2 PÇ R$ 12,00 R$ 24,00

Abraçadeira nylon preta 1 PÇ R$ 5,80 R$ 5,80

Abraçadeira nylon incolor 1 PÇ R$ 21,00 R$ 21,00

Barra de aço inox 1/2" 3 m R$ 16,00 R$ 48,00

Rolamento 1 PÇ R$ 3,50 R$ 3,50

Total R$ 122,74

Tabela 2 – Custos mecânicos

28

2.4 Cronograma

Tabela 3 – Cronograma

29

3 Desenvolvimento do Projeto

3.1 Protótipo

Na fase de planejamento do projeto foi desenvolvido um protótipo com intuito

de testar o software e o hardware. Montou-se um circuito composto por uma coluna

com 11 LEDs e 4 registradores de deslocamento, a placa foi fixada em um motor DC

de 2.000rpm para gerar uma imagem. Os objetivos previstos foram alcançados

gerando a imagem teste.

Figura 29 – Protótipo

30

3.2 Resoluções da imagem

Para obter a resolução da imagem, foi calculado o perímetro da

circunferência, que é dado em função do raio, ou seja, quanto maior o raio maior o

comprimento do círculo.

Para o cálculo do perímetro, foi utilizada a fórmula:

P = 2 . π . r

Assim, obtivemos:

P = 2 . π . r

P = 2 . π . 255mm

P =1.602mm

Com o perímetro obtido, dividido pelas dimensões do LED foi possível

determinar a definição das linhas.

Definição Linhas = Perímetro : Dimensões do LED

DL = 1.602mm : 4mm

DL= 400,5 pontos

Definição Colunas = 150 LEDs

DC = 150 pontos

Ou seja, a resolução da imagem é de 150 x 400 que correspondem a 60.000

pixels.

3.3 Formação da tabela

Baseada na teoria da composição das cores formou-se a tabela abaixo

correspondente às cores em código binário, com as possibilidades possíveis para

cada combinação.

31

Figura 30 – Composição das cores

Tabela 4 – Tabela verdade

3.4 Formação da imagem

Após determinar a resolução da imagem, com o auxílio do software

CorelDraw 12, desenvolvemos uma grade que foi sobreposta em uma figura para

mapear os bits em função de cada ponto da grade.

Tabela Verdade

Azul Vermelho Verde Cor

0 0 0 Apagado

0 0 1 Verde

0 1 0 Vermelho

0 1 1 Amarelo

1 0 0 Azul

1 0 1 Ciano

1 1 0 Magenta

1 1 1 Branco

32

Figura 31 – Imagem Mapa Mundi Plano

33

Figura 32 – Imagem em pixels

34

Figura 33 – Imagem em bits

35

Figura 34 – Imagem Corel PhotoPaint

36

3.5 Circuito

O circuito foi desenvolvimento e simulado no Proteus 7.8 Professional. Foram

utilizados 117 registradores de deslocamento, 942 resistores, 314 LEDs RGB.

Para determinar a intensidade de cada cor calculamos o valor da resistência

considerando as características elétricas do LED.

Tabela 5 – Características Elétricas do LED

Cálculo do resistor:

LED Vermelho: R = 2,1 / 20mA = 105Ω

Valor comercial: 100Ω

LED Verde e Azul: R = 3,3 / 20mA = 165Ω

Valor Comercial: 150Ω

37

Figura 35 – Esquema elétrico

Figura 36 – Circuito impresso

38

3.5.1 Layout da Placa

Figura 37 – Layout da placa

39

4 Resultados Obtidos

Devido a grande dificuldade no desenvolvimento da imagem a partir da tabela

gerada bit a bit no bloco de notas, sendo no total 147.894 bits, através de uma

imagem com 49.298 pixels no CorelDraw houve a necessidade de buscar uma

solução mais viável e rápida para criação das imagens para o GLIPV. Percebemos

também que a imagem apresentava uma pequena distorção devido ao erro no

cálculo na definição em pixels, pois não consideramos a montagem mecânica. Os

novos resultados ocasionaram uma resolução de 60.000 pixels. Estudamos o

formato nativo de imagem do Windows chamado de bitmap (mapa de bits), a partir

de então começamos a gerar a imagem no Corel PhotoPaint e exportar em formato

bitmap VGA descompactado, transmitindo a imagem para o GLIPV utilizando o

Hyperterminal do Windows.

Contudo o objetivo esperado foi alcançado, conseguiu-se gerar uma imagem

com boa resolução. O GLIPV pode ser usado didaticamente, como por exemplo,

para estudo do Mapa Mundi em 3D, programação do microcontrolador e projeção,

além de permitir a recriação de outras imagens para estudo ou comercialmente para

apresentação dos produtos em loja, propaganda comercial e como painel interativo.

Valor comercial: R$ 3.000,00

Prazo de entrega: 30 dias úteis

Sendo incluso o modulo de conversão.

Figura 38 – Projeção do Globo

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4.1 Funcionamento Técnico

O funcionamento é baseado no registrador de deslocamento 74HC595D e

nas características do microcontrolador ATmega2560, o mapa de bits é enviado de

forma serial para os registradores de deslocamento sincronizados por um pulso de

clock, assim que todos os bits são enviados, o microcontrolador envia um pulso no

pino STCP do registrador que move para o porte de saída a informação armazenada

no registro, acionando os LEDs.

Figura 39 – Carta de tempo do registrador de deslocamento 74HC595D

O Bluetooth possibilita enviar imagens e comandos de execução (animação e

interação), através de um computador, celular, tablet ou qualquer dispositivo que

possua tecnologia bluetooth, podendo enviar e receber dados em tempo real mesmo

em movimento. O globo possui um conversor serial Bluetooth configurado como

escravo que pode se conectar com qualquer dispositivo mestre. Quando o circuito é

energizado o escravo aguarda a solicitação de um dispositivo mestre de conexão,

neste momento mestre e escravo iniciam um protocolo de sincronização e

pareamento, após o pareamento ser efetuado os dispositivos entram em estado

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conectado, então o mestre pode iniciar a transferência de dados para o escravo e

receber respostas ou retorno de dados.

4.2 Funcionamento Usuário

O GLIPV deve ser energizado com uma tensão de 12V para o funcionamento

do motor e o circuito elétrico conectado na entrada USB do computador. Use o botão

verde para ligar e o botão vermelho para desligar o GLIPV.

A imagem deve ser gerada a partir de software de desenho, por exemplo, o

Corel PhotoPaint, em formato bitmap VGA com uma resolução de até 400x150, ou

seja, 60.000 pixels. A transmissão da imagem é realizada via porta USB do GLIPV.

4.3 Características

Alimentação:

12V – motor

5V – circuito lógico

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Conclusão

Ao iniciar a construção do protótipo percebemos que haveria vários

cruzamentos de via o que inviabilizou o desenvolvimento de uma placa manual,

tornando o processo industrial à única alternativa para confecção do layout da placa,

apesar disso os componentes SMD foram soldados manualmente.

Encontramos dificuldade no desenvolvimento da parte mecânica por falta de

conhecimento na área, de forma que obtivemos auxílio de amigos e professores

para o planejamento e construção de partes essenciais do projeto.

Por fim com todos os ajustes necessários o GLIPV resultou em um projeto

que possibilitou o desenvolvimento, aperfeiçoamento e aprendizado em

programação, mecânica, aerodinâmica, entre outras áreas.

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Referências

Capacitor de tântalo. Disponível em: <http://huinfinito.com.br/68-capacitor-tantalo>. Acesso em: 2/5/13. Dataseet diodo UF4001 – UF4007. Disponível em: <http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/wte/UF4006-TB.pdf>. Acesso em: 3/5/13 Datasheet Registrador de deslocamento – 74HC595. Disponível em: <http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/1/02put50z5qdli66ljuzy1oc9cs7y.pdf>. Acesso em: 02/03/2013. Datasheet LED SMP6-RGB. Disponível em: <http://www.bivar.com/images/cart/SMP6-RGB.pdf>. Acesso em: 17/03/2013. Datasheet Memória CY62128E. Disponível em: <http://www.cypress.com/?docID=31338>. Acesso em: 30/04/2013. Datasheet Conversor Bluetooth para Serial. Disponível em: <http://www.zuchi.com.br/download/conversoresbluetoothserial.html>. Acesso em: 23/04/2013. Datasheet Conversor Bluetooth para Serial RS-232. Disponível em: <http://www.zuchi.com.br/download/conversoresbluetoothserial.html>. Acesso em: 23/04/2013. Datasheet Arduino. Disponível em: <http://arduino.cc/en/Main/Software>. Acesso em: 19/02/2013. Datasheet ATmega2560. Disponível em: < http://www.atmel.com/images/doc2549.pdf>. Acesso em: 19/02/2013. Emissor Infravermelho. Disponível em: <http://www.politronic.com.br/especs/div/PHIV390.pdf>. Acesso em: 16/03/13. Fototransistor. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20061/Cesar/SENSORES-Fototransistor.html>. Acesso em: 16/03/13. Fototransistor. Disponível em: <http://www.aprendereletronica.com.br/o-que-e-fototransistor-como-funciona-php/>. Acesso em: 16/03/13. Imagem mapa mundi plano. Disponível em: <http://planetpixelemporium.com/earth.html>. Acesso em:

44

Resistores SMD. Disponível em: <http://www.aprendereletronica.com.br/resistores-smd-php/>. Acesso em: 16/03/13. Regulador de tensão chaveado. Disponível em: <http://www.ti.com/lit/ds/slvs569e/slvs569e.pdf>. Acesso em: 16/03/13 às 23h26. SIQUEIRA,Thiago Senador de. Bluetooth – Características, protocolos e funcionamento. Instituto de Computação Universidade Estadual de Campinas. Disponível em: <http://www.ic.unicamp.br/~ducatte/mo401/1s2006/T2/057642-T.pdf>. Acesso em: 05/05/13 SOUZA, Uilian Lucas; PEREIRA, Thiago Ramos. Fotodiodos e Fototransistores. Disponível em: <http://www.eletrica.ufpr.br/piazza/materiais/Uilian&Thiago.pdf>. Acesso em: 04/05/13. WENDLING,Marcelo. Diodo semicondutor. Disponível em: <http://www2.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/2---diodo-semicondutor.pdf>. Acesso em: 03/05/13

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Anexos

Datasheet LED PLCC6

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Datasheet Memória SRAM CY62128

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Datasheet Módulo de Comunicação Serial Bluetooth

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Datasheet ATmega2560

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Esquema Elétrico do ArduinoMega2560