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