SISCONP - PROJ INTEGRADO

PROJETO INTEGRADO

SISTEMA DE ABERTURA DE PORTÕES SEMI-AUTOMÁTICO

EUGÊNIO BURG FILHO

HEVERTON IVAN DE SENE

PEDRO HENRIQUE MARCHESINI MULLER

RAFAEL PIZZAMIGLIO

PROFESSORES / ORIENTADORES:

GIL MARCOS JESS

AFONSO F. MIGUEL

RESUMO

Projeto desenvolvido como conclusão do terceiro período do curso de Engenharia de Computação da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, cuja afinidade é de demonstrar o funcionamento de um portão e de uma porta eletrônica semi-automática. Baseado entre a interação de um microcontrolador, servo motor e um programa desenvolvido pelo próprio grupo. Através da interface desenvolvida (software), entra-se com o(s) comando(s) onde o microcontrolador envia o sinal recebido pelo programa para o motor, fazendo-o abrir e fechar de acordo com o comando enviado. Uma maquete ampla e bem organizada facilita a visualização dos componentes e melhora a compreensão do projeto desenvolvido.

Palavras-chave: portão eletrônico; microcontrolador; servo-motor.

1. INTRODUÇÃO

Atualmente a tecnologia influencia diretamente o ambiente em que as pessoas vivem, e a cada dia são lançados novos produtos. Isto também acontece com os portões das casas e dos prédios. É muito mais seguro abrir o portão com apenas um toque em um botão, do que ter que descer do carro, abrir o cadeado, abrir o portão, entrar no carro, colocá-lo para dentro da garagem, voltar para o portão e finalmente fechar e trancar o cadeado. O projeto desenvolvido pode fazer isso com apenas um toque.

Um porteiro de um prédio, para ter mais segurança e não precisar sair da guarita para abrir o portão, poderá utilizar um sistema de abertura de portão semi-automático. Facilitando a vida para os moradores assim como aumentando a segurança e o controle de saída e entrada de veículos no estabelecimento.

Sabendo que um portão eletrônico facilita a vida para muita gente, opta-se por fazer um portão semi-automático, com duas etapas, a primeira abre o portão da rua para a residência, e a segunda abre a porta da garagem, tornando o ambiente mais seguro com duas proteções.

2. OBJETIVO

2.1 Geral

Desenvolver o aprendizado adquirido nas matérias do terceiro período, como: Física III, Circuitos Elétricos, Sistemas Digitais I, Técnicas Avançadas de Programação e Mecânica. Por meio deste projeto, aplicar todo o conhecimento para o funcionamento correto dos motores assim como as forças aplicadas sobre o material (portão).

2.2 Específicos

· Apresentar uma fonte de pesquisa para futuros projetos ou estudos, mostrando o funcionamento correto dos componentes assim como esclarecer duvidas com os problemas enfrentados durante o trabalho.

· Estudo sobre as vantagens, características e utilização da linguagem C++ para haver uma melhor conectividade entre o software e o hardware.

· Mostrar uma forma mais simples de um sistema completo e sólido de portões e portas eletrônicas.

· Demonstrar a praticidade da utilização de microcontroladores.

· Tornar a finalidade do projeto mais barata e econômica, para um maior acesso.

3. ORGANOGRAMA E CONOGRAMA

Organograma terá por finalidade a indicação dos responsáveis por coordenar cada parte do projeto.

Caixa de texto: Figura 01. Organograma do projeto.
Fonte: Elaborado pelos autores

Cronograma estima o tempo necessário para a realização de cada etapa. O mesmo está distribuído da seguinte forma:

CRONOGRAMA
Atribuição	Ago	Set	Out	Nov
Discussão sobre o tema do projeto:
Elaboração do Pré-projeto:
Criação do Blog:
Construção da Maquete:
Pesquisa do que será implantado:
Compra dos Componentes:
Construção do Projeto:
Apresentação do Projeto:
Programação:

Caixa de texto: Tabela 01. Tabela do Cronograma.
Fonte: Desenvolvida pelos autores.

4. HARDWARE

A base para nosso sistema foi o artigo do professor Afonso F. Miguel, intitulado “DAD - Aquisição de dados via porta serial com PIC12F629/675”.

Uma vez que o dispositivo descrito pelo artigo acima se encaixou perfeitamente para a solução do problema.

4.1 Introdução ao DAD

O DAD é um dispositivo de aquisição de dados via porta serial, foi utilizado tal componente devido a diversos fatores como, por exemplo, a maioria dos computadores possui comunicação serial.

Além disso, os CI’s utilizados no DAD possuem custo baixo e ainda atendem as necessidades de nosso projeto.

Utilizou-se o Módulo M1 – “PWM Controller”. Pois ao optar pela utilização de servos motores esse foi módulo que mais se adequou as nossas necessidades.

Para a construção do dispositivo proposto serão necessários os seguintes componentes:

· 1 conversor RS232-TTL (pode ser um MAX232);

· 1 Transistor de uso geral (BC548);

· 2 Resistores de 1 k ohm.

· 4 Capacitor Eletrolítico – 1uF x 16V;

· 2 Fonte Alimentação - 5 Volts;

· 1 PIC12F629;

· 1 Cabo conector Serial DB9;

· 1 programador de PIC;

· 2 Servos Motores.

Com os equipamentos acima será possível controlar um servo motor através da porta serial.

4.2 Conversor RS232–TTL.

O conversor RS232 – TTL serve para adquirir o sinal que sai da porta serial do computador e transformar esses sinais em níveis lógicos que sejam entendidos pelos padrões TTL.

Esse conversor é vital para o funcionamento do dispositivo, pois a saída serial do seu PC geralmente possui valores de -12V (Nível Lógico 1) e +12V (Nível Lógico 0), e o PIC12F629 é do padrão TTL, ou seja ele aceita apenas sinais de +5V para nível lógico 1 e de 0V para nível lógico 0.

Para a montagem deste componente é de suma importância o datasheet (folha com as especificações técnicas dos componentes) para não ligar nada errado e acabar danificando o circuito. Com uma simples pesquisa na internet é possível encontrar diversos datasheets. Veja abaixo o diagrama do RS232:

Figura 02. Módulo Conversor RS232 – TTL

Fonte: DAD, prof. Afonso, pág 2

4.3 O PIC12F629

Como já citado acima, o PIC12F629 é da família de componentes TTL com tensões variando de 0V à 5V, ele é um dispositivo que têm memória flash, ou seja ele pode ser programado e reprogramado quantas vezes forem necessárias.

Para se programar o PIC12F629 é necessário conhecer a linguagem de programação assembly, caso não conheça adquira o código pronto em http://www.engcomp.pucpr.br/afonso/. Uma vez com os códigos em mãos será necessário o programador de PIC. Um exemplo pode ser o PIC START PLUS 2.

O PIC fará a conexão entre o Servo Motor e o RS232, que por sua vez estabelecerá uma conexão com o PC, a esse conjunto dá-se o nome de Circuito Integrado, pois no fim das contas é o PC que controla o motor através de um efeito cascata de componentes.

A principal característica do PIC é gerar um sinal PWM, que controla os servos motores.

Assim como o conversor RS232 – TTL, também com a ajuda do freeware CADSOFT EAGLE, foi composto a parte do módulo M1 que possui o programa e a parte do PIC, veja abaixo:

Figura 03. Módulo M1 – Gerador de PWM

Fonte: DAD, prof. Afonso, pág 12

4.4 O Sinal PWM

O sinal PWM, do inglês Pulse Width Modulation, que significa, em uma tradução livre, Modulação por Largura de Pulso. Ele funciona de acordo com a largura do pulso, ou seja, em Física todo pulso possui um período que é o comprimento de uma onda.

Esse comprimento de onda também é conhecido como ciclo ativo (Dutty Cicle). Cada ciclo pode ter comprimento e período diferentes, os servos motores trabalham com pulso com período ativo de 50 Hz (Hertz).

Segundo TORRES (2005, p. [eletrônica]) os

“Circuitos digitais só produzem dois números: "0" e "1". Já circuitos analógicos podem ter uma infinidade de variações. Por exemplo, em um circuito digital só podemos ligar ("1") ou desligar ("0") um motor ou uma lâmpada, enquanto que em um circuito analógico podemos controlar em infinitos gradientes o brilho da lâmpada desde o seu estado total de apagamento até o seu brilho máximo. Com um motor acontece o mesmo, podemos controlar em infinitos gradientes sua velocidade, desde o seu estado de não rotação até a sua velocidade máxima.”

Então um pulso PWM serve para deixar o motor na posição que se deseja.

4.5 Servo Motor

Para controlar os servos motores utilizando sinais digitais é necessário utilizar os pulsos PWM, como descrito anteriormente.

Um servo motor é um motor de precisão, que gira de 0º a 180º, de acordo com o Dutty Cicle da onda, isso que dizer que para a maioria dos servos, um pulso com ciclo de 5% o deixaria na posição de 0º e um pulso de 10% o deixaria na sua posição máxima 180º. Nesta situação qualquer valor intermediário também funcionará.

Os servos motores são usados em larga escala em antenas parabólicas. Quem nunca ouviu esta frase do técnico “o motorzinho da sua antena queimou.”? Esses motores são os mesmos servos que cada vez que se sintoniza um canal ele polariza a antena.

Os servos possuem três fios: um preto que será ligado no GND do seu circuito; um vermelho sendo alimentado pela fonte de +5V; e um fio branco, conectado na saída do seu PIC12F629, ou seja no Pulso PWM.

Abaixo estão listados os principais comandos para utilização do servo junto com o PIC, veja:

· servo.pwm.T=N: Na realidade este não é um comando, mas sim um atributo que define o período dos PWMs. A freqüência de saída será o inverso do período. Este comando suspende o funcionamento de todos os PWM ativos.

· servo.pwmK.on(M): Este comando liga o PWM com um específico ciclo ativo dependendo do valor de M. Observe que se M=0, o sinal permanecerá totalmente em nível baixo. Se M=N/2, a saída do PWM ficará com um ciclo ativo igual a 50%. Se M>N, a saída do PWM permanecerá totalmente em nível alto. Para calcular o valor de M a partir do ciclo ativo desejado, podemos utilizar a seguinte equação: M = (CA*N/100).

4.6 Fontes de Alimentação de 5V

Para alimentar todo o circuito foram utilizados duas fontes de alimentação de 5V que possuem uma carga de 0,8 (A), assim ao utilizar as duas fontes em conjunto, paralelas, aumentamos a carga para 1,6 (A), para que os motores fiquem mais potentes e a fonte não trabalhe muito forçadamente.

As fontes foram desenvolvidas no 2º Período do curso e reaproveitadas nesse projeto.

Para a criação das fontes serão necessários:

· 1 placa de circuito impresso – (fenolite ou fibra) face simples

· 1 chave (2 posições)

· 4 diodos retificadores 1N 4004

· 1 transformador 110 para 12 V, corrente de 800 mA

· 4 bornes (2 vermelhos e dois pretos) - opcional

· 1 capacitor eletrolítico de 1000 uF e tensão 25 V

· 1 resistor de 2,2 k Ohm - ½ W de potência

· 1 regulador de tensão 7805 (5 V)

· 1 dissipador para o regulador de tensão e parafuso

· Estanho para solda

O diagrama da fonte é o seguinte:

Com essas duas fontes será possível alimentar todo o circuito e ainda os dois motores.

4.7 Visão geral do Dispositivo Montado

Para o desenho da placa também foi utilizado o Cadsoft Eagle, e como o circuito montado de acordo com a figura abaixo, foi possível desenvolver toda a comunicação entre o PC e o Servo.

Figura 05. BOARD da placa impressa

Fonte: Elaborado pelos Autores

Depois de pronta e corroída a placa a junção da placa e do circuito ficou da seguinte maneira:

Caixa de texto: Figura 06. Fontes e Módulo Controlador de Servo
Fonte: Elaborado pelos Autores

5. SOFTWARE

O programa desenvolvido e adaptado para o projeto SisConP (Sistema de Controle de Portões) foi elaborado com a utilização do Visual C++ versões 2005 e 6.0, e seguiu o princípio do funcionamento do hyperterminal: os botões chamam uma função que manda determinada string através da porta serial. Assim, é possível realizar o controle e a configuração da velocidade e do período dos servos motores com um simples clique. A interface do software adaptado tem os botões necessários para cada comando que o servo demanda, bem como uma janela onde aparecem as mensagens enviadas e há ainda a possibilidade de se digitar os comandos que se deseja enviar.

Para o desenvolvimento do programa utilizou-se de um outro programa que usava uma classe serial e suas respectivas funções, com o intuito que pudéssemos aprender a utilizar e reconhecer as funções dessa classe. Os recursos de caixa de texto e de botões são padrões do ambiente de programação, que permitem a partir de um clique na ferramenta criar um botão ou um “dialog”, que são as janelas desenhadas e as mensagens. Após a criação de um botão, por exemplo, pode-se atribuir um objeto de determinada classe a esse botão, bem como editar a função que o programa executa quando o botão é pressionado, ou quando não o é.