TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA
M.A.O
Arnaldo Souza Santos Jr Felipe Sarmento de Araújo
Gabriel Micke Felisberto Gustavo Catarino de Brito
Rocky Bruno Gomes Maschian
Professor Orientador: Salomão Choueri Junior
São Caetano do Sul / SP
2014
Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza
GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO
Etec “JORGE STREET”
M.A.O
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como pré-requisito para obtenção do Diploma de Técnico em Eletrônica.
São Caetano do Sul / SP
2014
AGRADECIMENTOS Agradecemos aos professores: Eduardo Cesar Alves Cruz, Salomão Choueri
Júnior, Cláudio Filipputti, Cristina de Moura Ramos, Luiz Carlos da Cunha e
Silva e Alessandra Brito por nos aconselhar e auxiliar neste projeto,
agradecemos também às pessoas que disponibilizaram o sensor flex,
Anderson Costa e Cristiano Aragão.
Agradecemos também, à escola, por disponibilizar espaços para a
realização do projeto e por oferecer-nos o conhecimento necessário para o
mesmo e para nossa formação.
RESUMO
M.A.O (Múltiplo Acesso Otimizado), é um dispositivo que oferece facilidade na
execução de tarefas, tudo isso através de uma tecnologia sem fio,
proporcionando conforto e praticidade nesse controle, que inclui ligar
eletrodomésticos apontando para este de uma forma simples e rápida.
Palavras-chave: Acessibilidade; Comodidade; Eficiência.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – LUVA ............................................................................................... 11
Figura 2 – Funcionamento do sensor flex ........................................................ 12
Figura 3 – Arduino Pro Mini .............................................................................. 13
Figura 4 – Tabela Verdade Flip flop JK ............................................................ 14
Figura 5 – Esquema Elétrico TSOP382 ........................................................... 14
Figura 6 – Receptor infravermelho TSOP382 .................................................. 15
Figura 7 – LED Emissor infravermelho ............................................................. 15
Figura 8 – Interface de potência Robocore ...................................................... 16
Figura 9 – Transistor BS170 MOSFET ............................................................. 16
Figura 10 – Esquema de terminais do Transistor BS170 MOSFET ................. 17
Figura 11 – Diagrama em Blocos ..................................................................... 19
Figura 12 – Fluxograma do Software ............................................................... 20
Figura 13 – Fluxograma do Processo .............................................................. 21
Figura 14 – Croqui do Projeto .......................................................................... 22
Figura 15 – Cronograma do Projeto ................................................................. 23
Figura 16 – Testes da montagem do módulo ................................................... 24
Figura 17 – Testes sem o sensor Flex ............................................................ 25
Sumário
INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 9
1 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ..................................................................................................... 11
1.1.1 –Sensor Flex ( Resistivo ) ................................................................................................... 12 1.1.2 – Arduino Pro Mini............................................................................................................. 12 1.1.3 – Flip-Flop JK (CI 4027) .................................................................................................... 13 1.1.4 –Receptor Infravermelho (TSOP382) ................................................................................. 14 1.1.5 - Emissor infravermelho (led infravermelho) ..................................................................... 15 1.1.6 – Interface de potência ...................................................................................................... 15 1.1.7 – Transistor BS170 ............................................................................................................. 16 1.1.8 – Retificador de Tensão ...................................................................................................... 17
2 – PLANEJAMENTO DO PROJETO ............................................................................................... 18
2.1– Descrição de Funcionamento ................................................................................................... 18 2.2 – Estruturas do Hardware .......................................................................................................... 18 2.2 – Fluxograma do Software .......................................................................................................... 20 2.3 – Fluxograma do Processo ......................................................................................................... 21 2.4 – Croqui/Desenho ....................................................................................................................... 22 2.5 – Cronograma Geral ................................................................................................................... 23
3 – DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ................................................................................... 24
3.1 – Circuito Elétrico ...................................................................................................................... 25 3.2 – Programa ................................................................................................................................. 26
4 – RESULTADOS OBTIDOS ............................................................................................................... 27
CONCLUSÃO .......................................................................................................................................... 28
REFERÊNCIAS ....................................................................................................................................... 29
APÊNDICE A ........................................................................................................................................... 30
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Introdução
O projeto tem como objetivo realizar o controle de tarefas, no caso, ligar
eletrodomésticos. Estas ações são pré-estabelecidas para a apresentação deste
trabalho de conclusão de curso com um dispositivo, sem fios, confortável e
inteligente.
Tema e delimitação
O projeto enquadra-se, não somente na área de domótica(automação
residencial), mas também em qualquer situação, como um controle à distância, onde
o usuário não, necessariamente, precisa estar operando diretamente, isto é, em
contato com o dispositivo.
Objetivos
Substituir a operação manual por um controle automatizado à
distância;
Garantir acessibilidade a pessoas com deficiências físicas;
Oferecer facilidade e acessibilidade na realização de tarefas
estabelecidas pelo usuário
Justificativa Fazer uso do conhecimento das teorias vistas ao longo desses anos e explorar
componentes e matérias além do curso de Eletrônica integrado ao ensino médio,
tendo a oportunidade de conhecer funções não vistas para a realização do projeto e,
com isso, adquirir uma experiência maior nesta área.
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Metodologia
A pesquisa sobre esse tema será feita, baseada em estudos feitos em sites
da internet, livros sobre o assunto, pesquisas em artigos, lojas específicas e mestres
do ramo.
Esta pesquisa será realizada focando nos componentes e suas funções, que
foram pouco ou não estudadas durante o curso. Os componentes que já foram
estudados serão revisados e suas aplicações serão feitas de acordo com o que o
trabalho de conclusão de curso exige.
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1 – Fundamentação Teórica
Trata-se de uma forma de acesso automático responsável por automatizar
uma residência qualquer baseada em um sistema de controle diferenciado, algo
prático que proporcione o bem estar de qualquer usuário.
M.A.O é uma luva que, por meio de um sinal enviado, executa operações que
facilitam o trabalho do usuário, comunicando-se com os módulos e realizando as
devidas funções.
Apresentando a tarefa de ligar algum aparelho da escolha do usuário, como
por exemplo, eletrodomésticos.
Figura 1 – LUVA
Para a implementação da luva utilizaram-se dispositivos e componentes
específicos descritos a seguir :
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1.1.1 –Sensor Flex ( Resistivo )
É um resistor que varia sua resistência elétricade acordo com a distorção
aplicada sobre ele. Quanto maior a deformação do componente, maior se torna sua
resistência. E junto com um divisor de tensão essa variação de resistência levará a
uma variação de tensão, e esta será responsável por identificar quando e como o
movimento é feito.
Figura 2 – Funcionamento do sensor flex
1.1.2 – Arduino Pro Mini
O arduino Pro Mini é um microcontrolador baseado no ATMEGA328, diferenciando-o pelo tamanho e aumentando a facilidade com que é instalada. O Arduino Pro Mini foi planejado para utilizá-lo em instalações semi-permanentes, pois o seu tamanho facilita o seu manuseio em projeto de pouca manutenção. O Arduino Pro Mini, em nosso projeto, ficará acoplado à luva, precisamente no pulso, para executar o programa que lhe foi inserido e de acordo com o que foi programado no Arduino (ATMEGA328), para a melhor realização deste projeto. Para os demais testes utilizamos o microcontrolador ATMEGA328 (Arduino), pois possui entrada e um cabo conector USB, e isso torna possível o trabalho pelo computador através do Software (Arduino) que programa o microcontrolador ATMEGA328 (Arduino) e, assim, passamos a programação para o Arduino Pro Mini.
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Figura 3 – Arduino Pro Mini
1.1.3 – Flip-Flop JK (CI 4027)
Foi utilizada no projeto a seguinte operação de acordo com a tabela verdade:
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Figura 4 – Tabela Verdade Flip flop JK
Levou-se em consideração a quarta linha da tabela verdade, onde as entradas J e K estão em nível alto e o Set e Reset estão em 0, invertendo, assim, o estado da saída.
1.1.4 –Receptor Infravermelho (TSOP382)
Este dispositivo apresenta, internamente, três componentes, um filtro Infravermelho responsável por atenuar a parte infravermelha que existe na luz artificial, um receptor responsável por receber o sinal infravermelho e um amplificador, amplificando o sinal. Nesta imagem, apresentam-se esses três componentes:
Figura 5 – Esquema Elétrico TSOP382
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Figura 6 – Receptor infravermelho TSOP382
1.1.5 - Emissor infravermelho (led infravermelho)
É um dispositivo onde Quando acionado enviará uma onda quadrada de 50khz para o transmissor bs170 canal N, incitando o led a comunicar-se de qualquer distância.
Figura 7 – LED Emissor infravermelho
1.1.6 – Interface de potência
Este módulo pode ser usado em diversos projetos a fim de acionar cargas de até 250VAC @ 7A ou 125VAC @ 10A. Com isso pode-se controlar o acionamento de aparelhos que necessitam de uma corrente elevada. Este foi ligado em um eletrodoméstico, visto que possui saída padrão de 03 vias (VCC – GND – Sinal Digital), como existe um relé com bobina de 5v, para o seu acionamento.
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Figura 8 – Interface de potência Robocore
1.1.7 – Transistor BS170
Este transistor é um componente no qual uma pequena tensão modificará o nível de corrente na saída. Ele possui três terminais, o terminal Source(S), que ficará aterrado (GND), o terminal Gate (G) que recebe o pulso a ser modulado e o terminal Drain (D) que excitará o Emissor LED Infravermelho, aumentando assim o seu alcance, tornando-o maior que o original.
Figura 9 – Transistor BS170 MOSFET
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Figura 10 – Esquema de terminais do Transistor BS170 MOSFET
1.1.8 – Retificador de Tensão
Este retificador de tensão é composto por um diodo 1N4001, ligado com um resistor de 10KΩ e um capacitor de 1µF em paralelo. Este circuito tem por objetivo transformar o sinal de vários pulsos em um único pulso, facilitando o funcionamento do módulo. O pulso retificado irá para o Clock do Flip-Flop JK para inverter o estado da saída.
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2 – Planejamento do Projeto
Este capítulo apresentará toda a parte Elétrica e a parte de programação destinada
ao funcionamento do projeto e apresentará também as tarefas que cada integrante
do grupo executou ao longo do trabalho de conclusão de curso.
2.1– Descrição de Funcionamento
O sistema atua da seguinte maneira: Ao receber um sinal do microcontrolador
acoplado à luva (Arduíno Pro Mini), executa as tarefas conforme o programa. Esse
sinal será enviado pela luva para o módulo de controle acoplado a cada
equipamento apresentado, por meio de um emissor infravermelho. Quando o
receptor infravermelho receber o sinal, o módulo de controle habilitará a execução
das tarefas que precisarão de umainterface de potência e, assim,realizará a
operação comandada pelo usuário.
O módulo receberá o sinal infravermelho da luva através do receptor
infravermelho que será responsável por receber esse sinal, filtrá-lo e amplificá-lo, o
flip-flop JK inverterá o sinal da saída acionando o relé e, o relé, por sua vez ligará o
que a pessoa preferir desde que seja acessível.
2.2 – Estruturas do Hardware
1. Entrada
Sensor Flex;
2. Saídas
Módulos;
Interface de Potência
Receptor Infravermelho (TSOP382)
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Diagrama em Blocos
O diagrama em blocos foi feito da seguinte maneira: a partir do momento em que se
dobra o dedo indicador, envia-se um comando através do microcontrolador para o
emissor infravermelho e este se comunica com o receptor, que após ser filtrado e
amplificado vai para o CI 4027 (Flip- Flop JK) e nele ocorre a inversão do estado da
saída acionando assim, a interface de potência que ligará o eletrodoméstico.
Figura 11 – Diagrama em Blocos
Pesquisa de Componentes/Tecnologias
Sensor flex(1 unidade);
ATMEGA328(Arduino Uno, Arduino Pro Mini);
Transmissor e Receptor Infravermelho.
Previsão de Custos (a unidade)
Sensor Flex – R$60,00
Arduino Pro Mini – R$70,00
Receptor Infravermelho – R$3,00
FlipFlop JK – R$0,60
Componentes em Geral – R$30,00
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2.2 – Fluxograma do Software
O fluxograma, como mostrado na figura 15, começa com definição de variáveis presentes no circuito (o emissor infravermelho e o sensor Flex). Logo após, é feita a verificação se o usuário apontou, isso é feito de acordo com o valor de tensão medido no sensor flex( 0,4V para o dedo dobrado e 0,7V para o dedo esticado), assim o sinal modulado é mandado para o circuito de excitação do emissor e um pulso do led indicador e o processo se repete.
Figura 12 – Fluxograma do Software
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2.3 – Fluxograma do Processo
Este fluxograma funciona da seguinte maneira: Ocorre a inicialização, depois o sensor flex indica se o dedo foi dobrado ou não de acordo com a tensão. Logo após, o emissor infravermelho enviará o sinal para o receptor e, nisto, o programa verificará se o módulo recebeu este sinal. E por último, o Flip Flop JK inverterá o estado da saída, fazendo com que acione a interface de potência que ligará o eletrodoméstico.
Figura 13 – Fluxograma do Processo
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2.4 – Croqui/Desenho
O croqui deste projeto foi feito de acordo com a proposta do projeto e seu funcionamento, tendo em mente a localização do sensor Flex (que ficará ao longo do dedo indicador da luva), emissor LED Infravermelho( ficará na ponta do dedo indicador) , o Arduino Pro Mini(que ficará atrás da palma da mão) e a bateria de 6V (que ficará ao lado do Arduino Pro Mini).
Figura 14 – Croqui do Projeto
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2.5 – Cronograma Geral
O Cronograma Geral foi estruturado para a melhor organização das tarefas do
projeto, facilitando o desenvolvimento do projeto e a sua conclusão.
Figura 15 – Cronograma do Projeto
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3 – Desenvolvimento do Projeto
Durante o desenvolvimento do projeto, houve algumas dificuldades, como
por exemplo, a demora em obter os sensores Flex e devido a isso, ocorreu um
atraso na montagem e nos testes dos circuitos. Outra dificuldade foi as mudanças no
projeto, pois ao montar o circuito precisou ser adequado à todas as funções pré-
definidas pelo grupo, porém após testes só adequou-se à função de ligar o
ventilador e acender a lâmpada.
Nestes testes, utilizou-se o osciloscópio, para analisar a forma de onda
do circuito e conferir alguns valores e construir um circuito modificando componentes
de acordo com os resultados obtidos. Utilizou-se também, o software Arduino que
nos proporcionou uma visão melhor do funcionamento do componente sensor Flex e
na realização de testes com a programação.
Figura 16 – Testes da montagem do módulo
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Figura 17 – Testes sem o sensor Flex
3.1 – Circuito Elétrico
O circuito elétrico da luva é dividido em duas partes : o circuito do
microcontrolador Arduino Pro mini e o circuito do Módulo. O circuito do
microcontrolador atua da seguinte forma : quando se aponta para o módulo, ou
seja,quando o dedo é dobrado o software faz a verificação e um LED ( acoplado ao
Arduino Pro Mini) é ligado para identificar se houve a comunicação da luva com o
módulo através do emissor LED Infravermelho e o receptor TSOP382. Já o circuito
do módulo tem por objetivo ligar um eletrodoméstico através de uma interface de
potência que junto com o Flip Flop JK( que inverte o estado da saída) e com o
retificador de tensão (modulação) ligarão o eletrodoméstico sem dificuldades.Veja o
circuito completo na página 30.
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3.2 – Programa
A realização do programa foi feita de acordo com o objetivo real da luva
que é ao apontar com o dedo indicador o software faz a verificação se o sensor Flex
dobrou ou não e manda o sinal para o emissor e outra verificação é feita onde
pergunta-se se o recptor recebeu o sinal, se sim, inverte-se o estado da saída e liga
o eletrodoméstico, se não, espera até o o receptor receber o sinal.O programa
localiza-se na página 31
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4 – Resultados Obtidos
O projeto obtido ficou da maneira que o grupo esperava, uma luva que ao apontar
em direção ao receptor infravermelho, se comunica com o módulo e aciona o
eletrodoméstico através da interface de potência, executando sua proposta inicial
que é a praticidade e a simplicidade do processo. Houve alguns problemas durante
a montagem do projeto e com o seu funcionamento, mas por fim, o projeto foi
concluído da maneira esperada.
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Conclusão
Este Trabalho de Conclusão de Curso houve vários conflitos e agravantes
que dificultaram a realização do projeto, e o grupo conseguiu resolver todos esses
problemas que quase impediram a conclusão do trabalho. Estes problemas foram
solucionados com reuniões, divisões de trabalhos corrigidas e o trabalho em equipe
que o grupo apresentou ao decorrer do ano.
Vários componentes que estão no projeto eram desconhecidos por parte do
grupo que pesquisou e analisou o funcionamento destes e com isso, a contribuição
se torna maior pelos conhecimentos de novos componentes e a relação de trabalho
em equipe feito neste Trabalho de Conclusão de Curso.
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Referências
Laboratório de garagem (21 de Maio de 2012) Tutorial de como utilizar o sensor flex.
Acesso em 15 de Maio de 2014, disponível em:
http://labdegaragem.com/profiles/blogs/tutorial-de-como-utilizar-o-sensor-flex-com-
arduino
Funcionamento do arduino pro mini. Acesso em 25 de Junho de 2014, disponível
em:
http://www.filipeflop.com/pd-88d41-arduino-pro-mini-atmega328p.html
Logisim, Comportamento do Flip Flop JK. Acesso em 15 de Outubro de 2014,
disponível em:
http://www.cburch.com/logisim/docs/2.7/pt/html/libs/mem/flipflops.html
Robocore, Descrição da Interface de Potência. Acesso em 19 de Outubro de 2014,
Disponível em:
https://www.robocore.net/modules.php?name=GR_LojaVirtual&prod=258
Fairchildsemi (Março de 2010), Descrição do Transistor com efeito de campo.
Acesso em 01 de Novembro de 2014, disponível em:
https://www.fairchildsemi.com/datasheets/BS/BS170.pdf
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Apêndice A
Circuito Elétrico
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Programa