CEDTEC – CENTRO DE ESPECIALIZAÇÃO E DESENVOLVIMENTO TÉCNICO

JOCENILTON RIBEIRO

LARISSA BARBOSA

PAOLA MARÇAL

PETTERSON AZEVEDO FEHLBERG

RICARDO PIMENTA LEONEL

UTILIZAÇÃO DA PORTA PARALELA PARA AUTOMAÇÃO

RESIDENCIAL

SERRA

2010/1

JOCENILTON RIBEIRROPAOLA

LARISSAPETERSON

RICARDO PIMENTA LEONEL

AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

SERRA2010/1

6

Projeto final apresentado ao curso de automação do CEDTEC – Centro de Especialização e Desenvolvimento Técnico – como requisito parcial para obtenção de título de Técnico em Automação Industrial.

Orientador: Prof. Etevaldo

JOCENILTON RIBEIRROPAOLA

LARISSAPETERSON

RICARDO PIMENTA LEONEL

AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Aprovados em: _______ / Junho / 2010

Prof. _________________________________ Ass. _______________________

Prof. _________________________________ Ass. _______________________

Prof. _________________________________ Ass. _______________________

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Projeto final apresentado ao curso de automação do CEDTEC – Centro de Especialização e Desenvolvimento Técnico – como requisito parcial para obtenção de título de Técnico em Automação Industrial.

Orientador: Prof. Etevaldo

Agradecemos a princípio a Deus, que nos permitiu a inteligência.

Aos nossos pais por se constituírem diferentemente enquanto

pessoas, igualmente belos e admiráveis em essência, estímulos que

me impulsionaram a buscar vida nova a cada dia, meus

agradecimentos por terem aceitado se privar de minha companhia

pelos estudos, concedendo a mim a oportunidade de me realizar

ainda mais.

Aos colegas de classe pelo convívio fraternal.

Aos nossos orientadores, pelas orientações precisas em todos os

momentos solicitados.

8

RESUMO

O trabalho mostra de forma simples as diversas formas que a porta paralela pode

ser utilizada para a realização da automatização residencial. A porta paralela foi

desenvolvida para a comunicação entre o computador e a impressora, mas com a

chegada da porta USB, está sendo pouco utilizada. Todos os computadores ainda

são fabricados com uma porta paralela disponível, mesmo não sendo muito

utilizada. O objetivo desse projeto é despertar o interesse, principalmente de

estudantes e professores da área de automação, para as diversas possibilidades

do uso da porta paralela na automatização residencial. Para utilizar a porta

paralela não são necessários circuitos complexos, comparando com a porta USB,

por exemplo. Através da porta paralela é possível controlar vários dispositivos

como motores, sensores, ligar e desligar aparelhos elétricos, portão eletrônico,

movimentos de câmeras de segurança, tudo isso através do computador, que a

maioria das residências tem.

Palavras chave: Porta paralela; automação residencial; motor de passo.

9

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 12

1.1 Estrutura da monografia ........................................................................................... 13

2. AUTOMAÇÃO RESIDÊNCIAL ...................................................................................... 14

2.1

Integração ....................................................................................................................14

2.2

Benefícios ...................................................................................................................15

3. MOTOR DE PASSO .......................................................................................................16

3.1. Definições para Motores a Passo............................................................................ 16

3.2. Parâmetros Importantes .......................................................................................... 17

3.3. Tipos de Motores de Passo ..................................................................................... 18

3.4. Funcionamento básico do motor de passo ........................................................... 18

3.5. Aplicações com motor de passo ............................................................................. 24

3.6. Controladores para motor de passo........................................................................ 27

3.7. Vantagens e desvantagens do motor de passo .................................................... 27

4. PORTA PARALELA....................................................................................................... 29

4.1 Modelos de porta paralela ........................................................................................ 29

4. 2 Extensão do cabo paralelo ...................................................................................... 30

4.3 Endereços da porta paralela ..................................................................................... 30

4.4 Registradores .............................................................................................................

31

4.5 O conector DB25 ........................................................................................................

31

5. SOFTWARE DE CONTROLE PARA A PORTA PARALELA ...................................... 34

6. PROTÓTIPO ..................................................................................................................

36

6.1 Funcionamento do protótipo............................................................................ 36

6.2 Circuito utilizado ............................................................................................... 36

6.3 Descrição técnica dos componentes utilizados ................................................ 37

10

6.4 Controle do motor de passo ............................................................................. 38

6.5 Identificando o fio comum do motor de passo ................................................ 39

6.6 Identificando as bobinas do motor de passo .................................................. 41

6.7 Testando o circuito ......................................................................................... 42

7. CONCLUSÃO ................................................................................................................ 43

9.REFERENCIAS...............................................................................................................44

11

1. INTRODUÇÃO

A presente monografia tem como tema “Automação residencial” que nos últimos

anos tem apresentado um grande desenvolvimento, pois é uma área de diversas

aplicações que são desenvolvidas para facilitar o dia-a-dia das pessoas,

proporcionando as mesmas, conforto, segurança e agilidade. Com o tema

adotado, surgiu à seguinte problemática: Alto custo na automatização de uma

residência? Hoje em dia existem empresas no mercado que automatizam uma

residência completamente, mas o custo é muito alto, ainda mais se a residência

não tem infraestrutura para isso. Buscamos então uma forma mais barata, simples

e pratica para automatizar alguns itens em uma residência. A hipótese que se

tinha era a utilização da porta paralela. Eliminando a idéia inicial da IBM, de que a

essa porta só serve para se conectar uma impressora. É usada para capturar

dados de diversos dispositivos, e também controlar diversos aparelhos, que, por

algum motivo e finalidade, necessita ser conectado ao computador. Através da

porta paralela podem-se automatizar portões, ventiladores, sistema de iluminação,

sistema de irrigação, sistema de segurança. Nesse universo, a automação

residencial se desenvolveu tendo como objetivo principal a melhoria do estilo de

vida dos ocupantes de uma edificação através do aumento do conforto ambiental,

da segurança física e do aumento da eficiência energética da casa ou escritório.

Esse tipo de automação passou a ser sinônimo para a integração a uma tendência

mundial, é um mercado em crescente expansão e com um potencial bastante

expressivo, onde existem inúmeras formas e produtos para facilitar as atividades

do cotidiano. Da função mais simples as mais complexas, existem um ou mais

sistemas de automação que permite que cada ponto de uma residência seja

12

controlado de modo inteligente, tanto individualmente quanto em conjunto com o

restante do sistema. A relevância deste trabalho é colocar à disposição da

sociedade, conhecimento e tecnologia, de forma a contribuir com o bem estar de

todos. Outro fator importante é o estudante fazer seu aprendizado de forma crítica

e prática. Nesse contexto o elemento motivador desse trabalho foi o índice de furto

que vem ocorrendo em áreas residenciais. A metodologia utilizada para melhor

atender o problema relativo à segurança, em particular está ligada aos furtos, foi

observado em noticiários à ocorrência freqüente desse tipo de delito, a partir

dessas observações, foi traçada uma linha de desenvolvimento do projeto. Em

resumo as ações desenvolvidas foram:

Identificação de tecnologias disponível no mercado que podem ser

aproveitadas no processo;

Uso de programação especifica;

Confecção de um protótipo para simular a utilização da porta paralela.

1.1 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA

Este trabalho é dividido em Sete capítulos, cada um apresentado da seguinte

forma:

O capítulo 1 introdução

O capitulo 2 falara sobre automação residencial

O capítulo 3 funcionamento do motor de passo.

O capitulo 4 falara sobre porta paralela.

O capítulo 5 software para porta paralela.

O capitulo 6 funcionamento do protótipo.

O capitulo 7 conclusão.

13

2. AUTOMAÇÃO RESIDÊNCIAL

Muito se fala sobre as "novidades" tecnológicas que irão equipar nossos lares no

futuro próximo. E este é o problema, estamos sempre falando em "futuro", está já

na hora de vivermos o presente da Automação Residencial. Por outro lado, alguns

equipamentos (sem dúvidas eficientes) são instalados, como que aleatoriamente,

impulsionados pela onda mercadológica do momento e acabam resolvendo alguns

problemas localizados, mas sem nenhuma integração entre si, isto acaba

resultando em frustrações para os usuários da Automação, que acabam

convivendo com sistemas autônomos e muitas vezes de difícil operacionalidade.

Sempre dentro da visão de que, embora o mercado apresente uma série de

obstáculos ainda, seu potencial é enorme e tende a se materializar rapidamente.

Como qualquer mercado emergente, no início podem até ser aceitas algumas

improvisações, porém só irão sobreviver os profissionais seriamente empenhados

em apresentar soluções permanentes e de qualidade aos seus clientes.

2.1 Integração

Uma das principais preocupações dos projetistas e instaladores de sistemas de

Automação Residencial deve ser a integração entre eles. Os produtos modernos,

embora muitas vezes de complexa tecnologia, dispõem de interfaces "amigáveis"

para que possam ser operados com certa facilidade pelo usuário final. No entanto,

quando uma série de produtos destes trabalham sem comunicação entre si, o

resultado na maioria das vezes é uma grande confusão operacional, imagine, por

exemplo, dois sistemas de iluminação independentes (iluminação de emergência e

iluminação por zonas) atuando de forma separada, um deles se utilizando de

14

sensores de presença e outro baseado em controle remoto ou dois sistemas de

vídeo na mesma residência (fato muito comum envolvendo o Circuito Fechado de

TV que não se comunica com o sistema do Home Theater, o que obriga a

existência de monitores dedicados, custos duplicados, etc.) Quando se prevê um

cabeamento prévio das residências, toda esta integração pode ser obtida ao final

e a um custo muito pequeno. Quando isto não é previsto em projeto. Bem, aí

temos a improvisação e o desperdício, que sempre resultam em prejuízos

financeiros e dificuldades operacionais. Hoje quando falamos em integração de

sistemas podemos facilmente considerar aplicações que até meses atrás seriam

pura ficção científica. Quais? Imagine a conexão da Internet com os controles

residenciais. Tudo aquilo que você controla dentro de sua casa, através de uma

simples conexão á Internet poderá ser estendido a praticamente qualquer local.

Ou seja, com seu laptop, de qualquer lugar, você vai poder gerenciar o que ocorre

em sua residência, com todos os equipamentos e serviços lá instalados, inclusive

com imagens. Ou quando você estiver viajando e quiser acionar um equipamento

de segurança ou a bomba da piscina basta discar pelo telefone e digitar os

códigos pré estabelecidos. Para se ter uma idéia do interesse que este mercado

desperta, basta dizer que corporações gigantes como Microsoft, Intel, Mitsubishi,

Phillips, Honeywell e outras formaram um consócio e estão atuando em conjunto

na busca de soluções integradas, visando objetivamente o mercado residencial.

2.2 Benefícios

Como qualquer novidade, a Automação Residencial inicialmente é percebida pelo

cliente como um símbolo de status e modernidade. No momento seguinte, o

conforto e a conveniência por ela proporcionados passam a ser decisivos. E por

fim, ela se tornará uma necessidade vital e um fator de economia (lembra-se da

evolução da telefonia celular entre nós?). É neste sentido que desejamos

estimular o desenvolvimento destas idéias e propagá-las entre os profissionais.

Para que estejamos preparados, desde o início, para absorver a demanda deste

emergente mercado e participemos ativamente do seu crescimento.

15

3. MOTOR DE PASSO

O motor de passo é um transdutor que converte energia elétrica em movimento

controlado através de pulsos, o que possibilita o deslocamento por passo, onde

passo é o menor deslocamento angular. Com o passar dos anos houve um

aumento na popularidade deste motor, principalmente pelo seu tamanho e custo

reduzidos e também a total adaptação por controle digitais. Outra vantagem do

motor de passos em relação aos outros motores é a estabilidade. Quando

quisermos obter uma rotação específica de um certo grau, calcularemos o número

de rotação por pulsos o que nos possibilita uma boa precisão no movimento. Os

antigos motores passavam do ponto e, para voltar, precisavam da realimentação

negativa. Por não girar por passos a inércia destes é maior e assim são mais

instáveis.

3.1. Definições para Motores a Passo

Antes de explicarmos os tipos de motores e o funcionamento em si, definiremos

algumas outras expressões a fim de tornar o texto mais claro.

Rotor = É denominado rotor o conjunto eixo-imã que rodam solidariamente na

parte móvel o motor.

Estator = Define-se como estator a trave fixa onde as bobinas são enroladas.

Abaixo segue uma figura onde podemos ver as partes mencionadas (o rotor à

esquerda e o estator a direita).

16

Figura 01 Figura 02

3.2.Parâmetros Importantes

- Graus por Passo = sem dúvida a característica mais importante ao se escolher o

motor, o número de graus por passo está intimamente vinculado com o número de

passos por volta. Os valores mais comuns para esta característica, também

referida como resolution, são 0.72,1.8, 3.6, 7.5, 15 e até 90 graus. Momento de

Frenagem = momento máximo com o rotor bloqueado, sem perda de passos.

- Momento (Torque) = efeito rotativo de uma força , medindo a partir do produto da

mesma pela distância perpendicular até o ponto em que ela atua partindo de sua

linha de ação. - Taxa de Andamento = regime de operação atingido após uma

aceleração suave. Momento de Inércia = medida da resistência mecânica

oferecida por um corpo à aceleração angular. Auto-Indutância = determina a

magnitude da corrente média em regimes pesados de operação, de acordo com o

tipo de enrolamento do estator: relaciona o fluxo magnético com as correntes que

o produzem. Resistências Ôhmicas = determina a magnitude da corrente do

estator com o rotor parado. Corrente máxima do estator = determinada pela bitola

do fio empregado nos enrolamentos. "Holding Torque" = é mínima potência para

fazer o motor mudar de posição parada. Torque Residual = é a resultante de todos

os fluxos magnético presente nos pólos do estator. Resposta de Passo = é tempo

que o motor gasta para executar o comando. Ressonância = como todo material,

o motor de passos tem sua freqüência natural. Quando o motor gira com uma

freqüência igual a sua, ele começa a oscilar e a perder passos. Tensão de

trabalho = normalmente impresso na própia chassi do motor, a tensão em que

17

trabalha o motor é fundamental na obtenção do torque do componente. Tensões

acima do estipulado pelo fabricante em seu datasheet costumam aumentar o

torque do motor, porém, tal procedimento resulta na diminuição da vida útil do

mesmo. Destaca-se que a tensão de trabalho do motor não necessariamente

deve ser a tensão utilizada na lógica do circuito. Os valores normalmente

encontrados variam de +5V à +48V.

3.3. Tipos de Motores de Passo

Relutância Variável = Apresenta um rotor com muitas polaridades construídas a

partir de ferro doce, apresenta também em estator laminado. Por não possuir imã,

quando energizado apresenta torque estático nulo. Tendo assim baixa inércia de

rotor não pode ser utilizado como carga inercial grande. Imã Permanente =

Apresenta um rotor de material alnico ou ferrite e é magnetizado radialmente

devido a isto o torque estático não é nulo. Híbridos = É uma mistura dos dois

anteriores e apresenta rotor e estator multidentados . O rotor é de imã permanente

e magnetizado axialmente. Apresenta grande precisão (3%), boa relação

torque/tamanho e ângulos pequenos (0,9 e 1,8 graus). Para que o rotor avance

um passo é necessário que a polaridade magnética de um dente do estator se

alinha com a polaridade magnética oposta de um dente do rotor.

3.4. Funcionamento básico do motor de passo

Normalmente os motores de passo são projetados com enrolamento de estator

polifásico o que não foge muito dos demais motores. O número de pólos é

determinado pelo passo angular desejado por pulsos de entrada. Os motores de

passo têm alimentação externa. Conforme os pulsos na entrada do circuito de

alimentação, este oferece correntes aos enrolamentos certos para fornecer o

deslocamento desejado, como veremos em breve. Falaremos agora então, mais

um pouco sobre motores com imã permanente. Além do número de fases do

motor, existe outra subdivisão entre estes componentes, a sua polaridade.

18

Motores de passo unipolares são caracterizados por possuírem um center-tape

entre o enrolamento de suas bobinas. Normalmente utiliza--se este center-tape

para alimentar o motor, que é controlado aterrando-se as extremidades dos

enrolamentos. Abaixo segue uma figura ilustrativa onde podemos ver que tal

motor possui duas bobinas e quatro fases.

Figura 03.

Diferentes dos unipolares, os motores bipolares exigem circuitos mais complexos.

A grande vantagem em se usar os bipolares é prover maior torque, além de ter

uma maior proporção entre tamanho e torque. Fisicamente os motores têm

enrolamentos separados, sendo necessário uma polarização reversa durante a

operação para o passo acontecer. Em seguida vemos uma ilustração do motor

bipolar.

Figura 04.

Um motor de corrente contínua, quando alimentado, gira no mesmo sentido e com

rotação constante, ou seja, para que estes motores funcionem, é necessário

19

apenas estabelecer sua alimentação. Com o auxilio de circuitos externos de

controle, estes motores de corrente contínua poderão inverter o sentido de rotação

ou variar sua velocidade. Para que um motor de passo funcione, é necessário que

sua alimentação seja feita de forma seqüencial e repetida. Não basta apenas ligar

os fios do motor de passo a uma fonte de energia e sim ligá-los a um circuito que

execute a seqüência requerida pelo motor. Existem três tipos básicos de

movimentos o de passo inteiro e o de meio passo e o micropasso, tanto para o

motor bipolar como para o unipolar. O de micropasso tem sua tecnologia não

muito divulgada, e baseia-se no controle da corrente que flui por cada bobina

multiplicado pelo numero de passos por revolução. Internamente, os motores têm

seus enrolamentos similares a figura.

Figura 05.

A energização de uma e somente uma bobina de cada vez produz um pequeno

deslocamento no rotor. Este deslocamento ocorre simplesmente pelo fato de o

rotor ser magneticamente ativo e a energização das bobinas criar um campo

magnético intenso que atua no sentido de se alinhar com as pás do rotor. Assim,

polarizando de forma adequada os bobinas, podemos movimentar o rotor somente

entre as bobinas (passo inteiro), ou entre as bobinas e alinhadas com as mesmas.

Abaixo segue os movimentos executados.

20

- Motor bipolar com passo inteiro

Figura 06.

- Motor bipolar com meio passo

Figur

a 07.

- Motor unipolar com passo inteiro

21

Figu

ra 07.

- Motor unipolar com meio passo

Figura 08.

Abaixo segue uma tabela com a seqüência que deve ser alimentada as bobinas

do motor.

22

Figura 09.

Para que se obtenha uma rotação constante é necessário que a energização das

bobinas seja periódica. Esta periodicidade é proporcionada por circuitos

eletrônicos que controlam a velocidade e o sentido de rotação do motor.

A pequeno ângulo deslocado pelo rotor depende do número de dentes do mesmo

assim como o número de fases do motor. Preferimos não explicar mais

detalhadamente este tópico minuciosamente, por ser de grande dificuldade de se

explicar à movimentação dos dentes do rotor pelo estator bidimensionalmente. Em

geral, o número de dentes do rotor multiplicado pelo número de fases revela o

número de passos por revolução. Por se tratar de sinais digitais, fica fácil

compreender a versatilidade dos motores de passo. São motores que apresentam

uma gama de rotação muito ampla que pode variar de zero até 7200 rpm;

apresentam boa relação peso/potência; permitem a inversão de rotação em pleno

funcionamento; alguns motores possuem precisão de 97%; possuem ótima

frenagem do rotor e podem mover-se passo-a-passo. Mover o motor passo-a-

passo resume-se ao seguinte: se um determinado motor de passo possuir 170

passos, isto significa que cada volta do eixo do motor é dividida 170 vezes, ou

seja, cada passo corresponde a 2,1 graus e o rotor tem a capacidade para mover-

se apenas estes 2,1 graus. Didaticamente falando, o sistema de controle se

baseia em um circuito oscilador onde seria gerado um sinal cuja freqüência estaria

23

diretamente relacionado com a velocidade de rotação do motor de passo. Esta

freqüência seria facilmente alterada (seja por atuação em componentes passivos

seja por meio eletrônico) dentro de um determinado valor assim, o motor

apresentaria uma rotação mínima e uma máxima. A função "Freio" se daria

simplesmente pela inibição do sinal gerado pelo oscilador. O próximo passo seria

providenciar um circuito amplificador de saída, pois algumas aplicações exigem

uma demanda de corrente relativamente elevada. Caberia ao circuito amplificador

de saída fornecer estas correntes de forma segura, econômica e rápida. O circuito

amplificador de saída seria constituído de transistores e/ou dispositivos de

potência que drenam corrente em torno de 500 mA ou mais. Motores de passo

geralmente suportam correntes acima de 1,5 Ampère. O amplificador de saída é o

dispositivo mais solicitado em um projeto de controle de motor de passo. Devido

às variações de trabalho a que pode ser submetido o motor de passo, um

amplificador mal projetado pode limitar muito o conjunto como um todo. Um

exemplo destas limitações pode ser facilmente entendido. Um motor de passo

girando a altas rotações, repentinamente é solicitado a inverter sua rotação (como

ocorre em máquinas CNC e cabeçotes de impressão). No momento da inversão

as correntes envolvidas são muito altas e o circuito amplificador deve suportar tais

drenagens de corrente. O torque do motor de passo depende da freqüência

aplicada a alimentação. Quanto maior a freqüência, menor o torque, porque o rotor

tem menos tempo para mover-se de um ângulo para outro. A faixa de partida

deste motor é aquela na qual a posição da carga segue os pulsos sem perder

passos, a faixa de giro é aquela na qual a velocidade da carga também segue a

freqüência dos pulsos, mas com uma diferença: não pode partir, parar ou inverter,

independente do comando.

3.5. Aplicações com motor de passo

Como os motores de passos têm movimentos precisos, qualquer equipamento que

precise de precisão no movimento utilizaram estes motores.

Podemos citar pôr exemplo o controle de microcâmeras num circuito interno de

vigilância, em clínicas radiológicas no auxílio de operadores para os mesmos

24

orientarem o posicionamento das pessoas submetidas a uma radiografia,

posicionamento de uma mesa de trabalho em duas dimensões, furação

automática de acordo com instruções em fita sobre as posições dos furos. A

seguir veremos algumas aplicações mais detalhadamente.

Aplicação 1: A primeira aplicação relatada é de um scanner óptico. O projetista

do laser utilizado para o scanner tem que rotacionar precisamente uma rede de

difração com o controle do computador para ajustar a freqüência do laser. A rede

precisa ser posicionada com um erro máximo de 0.05º. A alta resolução do

micromotor de passo e a ausência de movimentos não previstos quando este pára

o tornam ideal.

Figura 09.

A solução encontrada: como a inércia da rede é igual a 2% da inércia do motor ela

pode ser ignorada. A situação exigia um pequeno motor. Um micromotor de

passo, que produzia um grande torque foi selecionado. Através da interface

utilizando o protocolo IEEE-4888 controlada por um simples programa escrito em

BASIC, o micromotor funcionou de forma satisfatória. Abaixo segue uma figura

ilustrativa do problema.

25

Figura 09.

Aplicação 2: Esta segunda aplicação tem por objetivo mostrar o uso dos motores

de passo, acoplado a engrenagens, na movimentação de telescópios.

Comparadas às aplicações que utilizam apenas micromotores, as engrenagens

apresentam baixa eficiência, desgaste e podem ser barulhentas. As engrenagens

são justamente úteis, para romper grandes inércias, pois a inércia refletida de

volta para o motor através das engrenagens é dividida pelo quadrado da inércia

aplicada a elas. Desta maneira, grandes cargas inerciais podem ser

movimentadas enquanto o rotor mantem uma carga menor. No caso descrito era

necessário vasculhar fenômenos celestiais em velocidade baixa de 15º por hora e

em velocidade alta em 15º por segundo. Assim, utilizando uma caixa de

engrenagens que reduz de 30:1, 30 revoluções dadas pelo motor equivalem a

uma rotação de 360º dada pelo telescópio, foi desenvolvido o projeto.

A velocidade de tracking de 15º por hora corresponde 1.25 revoluções por hora,

ou em torno de 9 passos por segundo para uma resolução de 25000 passos por

26

revolução. A velocidade de 15º por segundo requere 1.25 rps para o mesmo

motor. A lei do inverso do quadrado faz com que o motor sofra uma carga de

1/900 da inércia rotacional do telescópio. Na figura abaixo mostra o esquema do

projeto.

Figura 10

3.6. Controladores para motor de passo

Nesta etapa falaremos um pouco sobre circuitos que podem controlar os motores

adequadamente. Destacamos que como as cores dos fios que levam energia as

bobinas não são padronizados. Portanto não comentaremos sobre a ordem certa

de polarização utilizando as cores dos fios. a primeira etapa, falaremos sobre o

controle de um motor de passo diretamente pelo computador. Através da porta

paralela visaremos controlar um motor de quatro fases e unipolar através da

excitação por passo-inteiro. Pesquisando os drivers existentes, descobrimos o CI

ULN2003 que é um 7bit 50V 500mA TTL-input NPN darlington driver, que funciona

como amplificador. Obviamente toda a lógica deve ser exercida pelo computador

inclusive a da ordem de excitação das bobinas. Abaixo segue o circuito elétrico

mostrando a ligação entre o motor e a porta.

27

Figura 11.

Destaca-se que o diodo zener foi utilizado como intuito de absorver o campo

eletromagnético reverso produzido pelo motor quando o mesmo é desligado. A

inversão observada nos pinos de entrada 3 e 4 do ULN2003 são necessárias para

manter a ordem certa de ativação das bobinas.

3.7. Vantagens e desvantagens do motor de passo

Em relação aos primeiros motores o motor de passos apresenta evidentes

vantagens, como tamanho e custo reduzidos, total adaptação a lógica digital (o

que permite o controle preciso da velocidade direção e distância), características

de bloqueio , pouco desgaste e dispensa realimentação. São poucas as

desvantagens mais elas existem: má relação potência - volume e principalmente

controle relativamente complexo.

28

4. PORTA PARALELA

A porta paralela é uma interface de comunicação entre o computador e um

periférico. Quando a IBM criou seu primeiro PC (Personal Computer) ou

computador Pessoal, a idéia era conectar a essa Porta uma impressora, mas

atualmente, são vários os periféricos que se utilizam desta Porta para enviar e

receber dados para o computador (exemplos: Scanners, Câmeras de vídeo,

Unidade de disco removível e outros). A partir do sistema operacional Windows 95

tornou-se possível efetuar comunicação entre dois computadores através da porta

paralela, usando um programa nativo chamado "comunicação direta via cabo".

Esta rede é muito simples de ser implementada, bastando apenas a utilização de

um cabo DB25, conectado entre os dois computadores. É, no entanto, necessária

29

uma configuração específica nos cabos para que a rede possa funcionar

corretamente.

Através do conhecimento de eletrônica e linguagem de programação como: C/C+

+/C++Builder, Pascal/Delphi ou mesmo o Visual Basic, poderá ser desenvolvido

um programa que controle um aparelho conectado à Porta paralela, ou um

programa de transferência de arquivos entre dois computadores, utilizando um

cabo paralelo como meio de transmissão. O conhecimento de Eletrônica servirá

para desenvolver a placa Eletrônica, que será conectada ao DB25 da porta

paralela. Este capitulo fornecerá conhecimentos sobre a porta paralela, que o fará

compreender e utilizá-la, de uma maneira não convencional, isto é, não somente

para ser utilizada com uma impressora, mas também como qualquer outro

aparelho, que o usuário tenha conhecimento sobre seu funcionamento, desejando

controlá-lo através de seu Personal Computer, como diz a IBM.

4.1 Modelos de porta paralela

Transmissão unidirecional

A porta paralela SPP (Standard Parallel Port) pode chegar a uma taxa de

transmissão de dados a 150KB/s. Comunica-se com a CPU utilizando um BUS de

dados de 8 bits. Para a transmissão de dados entre periféricos são usado 4 bits

por vez.

Transmissão bidirecional

A porta avançada EPP (Enhanced Parallel Port) chega a atingir uma taxa de

transferência de 2 MB/s. Para atingir essa velocidade, será necessário um cabo

especial. Comunica-se com a CPU utilizando um BUS de dados de 32 bits.

Para a transmissão de dados entre periféricos são usado 8 bits por vez. A porta

avançada ECP (Enhanced Capabilities Port) tem as mesmas características que a

EPP, porém, utiliza DMA (acesso direto à memória), sem a necessidade do uso do

30

processador, para a transferência de dados. Utiliza também um buffer FIFO de 16

bytes.

4.2 Extensão do cabo paralelo

 A extensão do cabo para interligar um computador a um periférico, é de no

máximo 8m. Na prática, utiliza-se um cabo com extensão menor. Quanto maior a

extensão do cabo, maior é a interferência na transmissão dos dados.

4.3 Endereços da porta paralela

 O computador nomeia as Portas Paralelas, chamando-as de LPT1, LPT2, LPT3

etc, mas, a Porta física padrão de seu computador é a LPT1, e seus endereços

são: 378h (para enviar um byte de dados pela Porta), 378+1h (para receber um

valor através da Porta) e, 378+2h (para enviar dados). Às vezes pode está

disponível a LPT2, e seus endereços são: 278h, 278+1h e 278+2h, com as

mesmas funções dos endereços da porta LPT1 respectivamente.

Nome da

Porta

Endereço de

memóriaEndereço da Porta Descrição

LPT1 0000:0408378

hexadecimal888 decimal Endereço base

LPT2 0000:040A278

hexadecimal632 decimal Endereço base

Figura 12.

4.4 Registradores

Utilizando a Porta Paralela conectada a uma impressora, os endereços terão

nomes sugestivos, como segue abaixo:

31

NomeEndereços

LPT1

Endereços

LPT2Descrição

Registro de

Dados378h 278h

Envia um byte para a

impressora

Registro de

Status379h 279h Ler o Status da impressora

Registro de

Controle37Ah 27Ah

Envia dados de controle para a

impressora

Figura 13.

4.5 O conector DB25

O DB25 é um conector que fica na parte de trás do gabinete do computador, e é

através deste, que o cabo paralelo se conecta ao computador para poder enviar e

receber dados. No DB25, um pino está em nível lógico 0 quando a tensão elétrica

no mesmo está entre 0 à 0,4v. Um pino se encontra em nível lógico 1 quando a

tensão elétrica no mesmo está acima de 3.1 e até 5v. A figura abaixo mostra o

conector padrão DB25, com 25 pinos, onde cada pino tem um nome que o

identifica:

DB25 que fica atrás do Micro

32

Figura 14.

Conector Macho do Cabo Paralelo

Figura 15.

Foto do conector DB25 macho do cabo Paralelo

Figura 16.

 

Esquema de funcionamento do DB25 no modo SPP

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Figura 17.

5. SOFTWARE DE CONTROLE PARA A PORTA PARALELA

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O acesso a porta paralela é através de softwares desenvolvidos em várias

linguagens tais como: Linguaguem C, Turbo Pascal, Basic e Assembler. Não

vamos abordar o tópico programação voltada a porta paralela, porque seria

necessário várias paginas para abordar esse assunto e ainda assim não seria

suficiente para um leigo sair programando tranqüilamente. Também fugiria do

nosso foco que é fazer experiências simples e praticas utilizando a porta paralela.

O aluno vendo o resultado rápido, através de softwares prontos e gratuitos, se

motivaria a criar mais protótipos e mais tarde criar seu próprio software.

Para o controle do nosso protótipo utilizamos o Lptmotor do site rogercom,

que controle um motor de passo. Tem a figura 23 e uma explicação no capitulo

5.4. sobre este programa.

Para um simples teste de ligar e desligar leds o programa “Porta paralela” é

ideal. Assim se faz o teste para saber se os pinos da porta paralela estão

enviando sinal corretamente e a seqüência correta dos pinos que serão utilizados.

Figura 18

35

Para uma automação um pouco mais avançada pode-se usar o Dspcom, com

esse programa pode-se controlar vários dispositivos em uma residência.

Figura 19

.

6. PROTÓTIPO

36

6.1 Funcionamento do protótipo

Para mostrar que o uso da porta paralela é simples e pratico, faremos um

protótipo com a seguinte função, movimentar uma câmera de segurança utilizando

o motor de passo e a porta paralela.

Figura 20

6.2 Circuito utilizado

Neste circuito o CI 74LS541 funciona como um buffer protegendo a porta paralela

contra qualquer problema que houver no circuito. O CI ULN 2003 funciona como

uma chave que recebe nas entradas um sinal enviado da porta paralela, ligando o

circuito que alimenta as bobinas do motor de passo com 12v.

Figura 21

6.3 Descrição técnica dos componentes utilizados

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CI ULN 2003

Para acionarmos um motor de passo precisamos de um hardware específico,

chamado driver. O driver pode ser feito usando transistores de potência como os

BD135, DB241 etc., A maneira mais fácil é adquirir drivers prontos, como o ULN

2003 ou ULN2803, que nada mais são que arrays de transistores Darlington que

podem controlar correntes de até 500mA e tensão até 50v, estão em forma de

circuitos integrados prontos para serem usados em interfaces que necessitem

controlar motores de passos, solenóides, relês, motores DC e muitos outros

dispositivos.

CI 74LS541

É um circuito integrado (buffer octal), que tem a função de proteger a Porta

Paralela e, ao mesmo tempo, fornecer os níveis de corrente elétrica suficientes

para ativar os Circuitos Integrados.

MOTOR DE PASSO UNIPOLAR PM35L-048

Figura 22

38

6.4 Controle do motor de passo

Para o controle do motor de passo foi usado um software pronto do site

Rogercom, o Lptmotor. Esse programa é disponível gratuitamente pelo site.

O Lptmotor permite controlar o tipo de passo, selecionar controle manual ou

automático, sentido horário ou anti-horário, controlar velocidade, um controle total.

Figura 23

39

6.5 Identificando o fio comum do motor de passo

Alguns motores tem 6 fios, 4 são para controlar o motor e os outros 2 são

'comuns'. A resistência entre esses 2 fios são infinitas, isso porque eles estão

isolados, o que temos a fazer é juntá-los, formando um único terminal 'comum'

onde será ligado ao positivo da fonte de alimentação. Quando um motor tem 6 fios

fica muito mais fácil descobrir quais são os 'comuns'.

Quando o motor tem 5 fios e não estão identificados, precisamos saber

dentre os vários fios do motor de passo, qual é o fio 'comum', aquele que será

ligado aos 12v da fonte de alimentação. Para descobri-lo, é necessário fazer as

edições conforme a figura 24 e a figura 25.

Quando encontramos o fio comum, a resistência é a menor possível:

Figura 24

40

Quando não encontramos o fio comum a resistência é o dobro:

       Figura 25

6.6 Identificando as bobinas do motor de passo

A identificação da seqüência correta das bobinas do motor de passo é

fundamental para a utilização do mesmo. Muitas pessoas reclamam que a

experiência com o motor de passo não deu certo por não saber identificar as

bobinas corretamente. Para fazer esta identificação é necessário fazer o seguinte

teste:

Encoste o fio comum no positivo e os outros fios encoste no negativo, um

por um, até que seja observado 4 passos no mesmo sentido. Em seguida marque

41

cada fio com uma etiqueta como bobina 1, bobina 2, bobina 3 e bobina 4. Veja a

figura como é feito o teste.

Figura 26

6.7 Testando o circuito

Fizemos um teste do circuito no protoboard e vimos que funcionou perfeitamente.

Utilizamos uma webcam para simular uma câmera de segurança.

42

Figura 27

7. CONCLUSÃO

Com este trabalho alcançamos nosso objetivo de identificar uma forma de

automatizar uma residência com baixo custo de investimento, circuitos eletrônicos

simples, práticos e didáticos. Podendo usar esse conhecimento básico nas salas

de aula para desenvolver projetos. Esperamos que alunos de automação possam

usar esse trabalho para desenvolver projetos ainda mais complexos.

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8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

http://www.cesarkallas.net/arquivos/faculdade/eletronica/projeto.pdf

http://www.oficinaaberta.com.br/informatica/automacao/automacao.asp

http://www.memoconta.com.br/automacao.htm

http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_falando_de_automacao_predial.php

http://www2.eletronica.org/artigos/outros/estudo-do-motor-de-passo-e-seu-controle-digital

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