Autorama Digital

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INTRODUÇÃO

    O autorama digital é um projeto desenvolvido pelos alunos alunos de Engenharia da Computação da PUC-PR.

    Trabalho que envolve as disciplinas de Física III com o professor Gil Marcos Jess, Sistemas Digitais com o professor Afonso Ferreira Miguel, TAP (Técnicas Avançadas de Programação) com o professor Edson Pacheco e Circuitos Elétricos com o professor James.

EQUIPE

Integrantes da equipe responsável pelo projeto:

Fabio Frech Gouveia

Luiz Carlos Ceniz Júnior

Rhenyo Augusto Bastos Monteiro

Reinaldo Machado de Souza Júnior

Rômulo Alexandre Santos Troian

 

O Projeto

O princípio básico para a escolha do tema de nosso projeto partiu da necessidade de comprovar de alguma maneira, alguns conhecimentos adquiridos na disciplina de Física. Tomando como base os demais conhecimentos das disciplinas técnicas foi então escolhido o Autorama Digital como nosso projeto final.

Foi utilizado o Módulo de Aquisição disponibilizado pelo professor Afonso (Sistemas Digitais I) para que a comunicação serial e outras tecnologias mais complexas se tornassem bastante simples, fazendo com que pudéssemos prender nossas atenções no problema principal: comprovações físicas.

Quando definido o Autorama Digital como projeto, foi observada a necessidade de dividir o projeto em tópicos, onde cada parte pudesse ser montada independentemente. Com isso, dividimos o trabalho em 5 camadas:

· Camada A – Software para windows;

· Camada B – Interface serial com o microcontrolador PIC;

· Camada C – A pista;

· Camada D – O móvel;

· Camada E – Placa receptora e decodificadora de infravermelho.

As camadas B e C foram concluídas primeiro, e com o hyperterminal emulamos o software para windows que ainda não estava concluído. O carro foi substituído por um modelo de autorama infantil, já que não foi finalizado para a data da apresentação do pré-projeto, com finalidade ilustrativa.

Após o pré-projeto, iniciou-se a implementação das camadas A, D e E que foram as etapas mais complexas do projeto.

Apresentação das 5 camadas

Camada A – Software para windows;

O software foi desenvolvido em Visual C++, com o intuito de controlar a velocidade do veículo e capturar o número de rotações da roda pelo eixo da mesma.

Camada B – Interface serial com o microcontrolador PIC;

O microcontrolador tem como função enviar e receber dados referentes à velocidade do veículo.

Camada C – A pista;

Foi desenvolvida baseada em uma pista de autorama convencional, tendo os mesmos princípios físicos.

Camada D – O veiculo;

O veiculo é a parte do projeto que será controlada e monitorada bem como será nele que estarão contidos os emissores de infravermelho.

Camada E – Placa receptora e decodificadora de infravermelho.

A placa receptora captura os dados

transmitidos pela placa decodificadora com os

pulsos referentes às rotações do eixo.

Camada A – Software para Windows

O software é totalmente orientado à objeto possuindo algumas classes que gerenciam a comunicação serial e o protocolo da mesma. Em simples operações de escrita e leitura de bytes, o sistema configura o valor da tensão aplicada à pista em 20 diferentes posições (tensão esta resultado de uma média da função de tensão gerada pela ferramenta PWM do PIC).

Além disso o software, de tempos em tempos recebe a quantidade de giros que do eixo dianteiro, converte o valor na classe de protocolos e plota o resultado na tela.

Camada B – Interface serial com o Microcontrolador PIC

O microcontrolador PIC teve seu software elaborado pelo aluno Guilherme Bauml e indicado pelo professor Afonso Ferreira Miguel.

A montagem do circuito foi fácil, devido à quantidade de informações previamente obtidas com o aluno Guilherme, já mencionado acima.

O PIC envia a pista uma funç ão quadrada de valor médio variando de 0V a 12V, que define a tensão enviada ao veículo, controlando assim a sua velocidade (método denominado PWM).

Tem também como função receber um sinal quadrado que é enviado pela placa receptora de infravermelho.

Se comunicando com um computador via porta serial, o PIC neste caso recebe informações sobre a tensão que ele deverá fornecer a pista e envia informações sobre a velocidade do veículo.

A fonte de alimentação tanto desta interface quanto do resto do circuito também foi inteiramente construída pela equipe, pois esta não gerava tanto ruído na saída e mantia um valor de tensão e corrente pouco variável.

Camada C – A pista

A pista inicialmente foi planejada para ser de acrílico e inclinada. O acrílico foi logo descartado devido à inviabilidade financeira. Já a inclinação não foi realizada devido à grande dificuldade de encaixe e resistência do material utilizado na produção da pista.

Definida que a pista seria plana foi utilizado o PS (poliestireno) para a sua confecção. Os contatos da pista foram um outro desafio, pois colocar fios de cobre na pista seria muito demorado e o contato não ficaria ideal, o papel alumínio também foi descartado, pois era muito fino e se rompia com o atrito do veículo sobre ele. Depois destes testes a melhor opção encontrada foi uma fita aluminizada, que na verdade tem como objetivo revestir internamente dutos de ar condicionado, porém esta fita conduzia corrente de forma adequada às nossas necessidades.

A corrente fluía bem sobre a pista, porém na reta oposta a velocidade do veículo caía, a solução para este problema foi puxar mais dois fios para serem conectados à reta oposta, fazendo assim o veículo não variar muito de velocidade quando submetido a uma mesma tensão em todos os lugares da pista.

Para fazer o duto da pista tínhamos que suspende-la, para isto fizemos suportes de isopor com secções onde permitem que o pino guia do veículo passe tranqüilamente.

Contudo o transporte da pista era muito complicado devido as suas dimensões, então a pista foi cortada em 4 partes, sendo 2 curvas de 180º e duas retas. Os encaixes foram feitos com presilhas e os contatos reforçados com fios de cobre.

Depois de tudo isso feito a pista funcionava como a de um autorama normal, apenas com as dimensões e estilo adequados ao nosso projeto.

Camada D – O veículo

O primeiro veículo utilizado no autorama foi um carrinho emprestado de um autorama convencional, as dimensões eram pequenas e o único objetivo era o de demonstrar o controle feito pelo PIC na pista.

Já o segundo veículo foi produzido e preparado com o todos os quesitos necessários, para conter os emissores infravermelhos, a bateria que alimenta os circuito dos infravermelhos, suporte no eixo para a contagem de quantas voltas ele faz e um motor de corrente contínua que tem como função fazer o veículos se locomover.

A parte de acionamento dos emissores de infravermelho foi construída utilizando-se um foto-diodo emissor e um foto-transistor receptor (simulando um sensor de mouse).

Camada E – Placa receptora e decodificadora de infravermelho

A finalidade da placa decodificadora de infravermelho é de verificar quantos giros a roda do carrinho dá e a cada volta que a roda dê a placa faria com que uma série de infravermelhos ligada ao redor do carrinho gerasse uma onda quadrada de 4KHz.

Por sua vez a placa receptora tem a finalidade de captar esta onda de 4KHz e eliminar a maior quantidade de ruído e interferência que for possível, o sinal de saída gerado pela placa vai direto para o PIC, que por sua vez manda para o computador onde podemos analisar os pulsos gerados pelo carrinho e definir a função que nos diz a velocidade instantânea do veículo.

Conclusão

O desenvolvimento de um projeto que envolve tanto a eletrônica digital quanto a informática fez com que cada membro da equipe explorasse alguma fonte de conhecimento que ainda não havia sido lhe apresentada em sala de aula.

De uma certa forma, este projeto final simulou o comportamento de uma empresa em sociedade, onde cada um desempenhou um papel específico em cada assunto, enriquecendo o contexto.

A Física, ponto alvo do trabalho, foi comprovada em diversas etapas, tanto em desenvolvimento quanto em experiência, desde as definições de corrente elétrica, resistências ou capacitores, como na velocidade instantânea e atrito. Não esquecendo da construção da pista, que de alguma maneira, aplicou conceitos já vistos da disciplina.

Os problemas no decorrer do percurso foram sendo descobertos e solucionados na medida do possível, fazendo com que aprendêssemos a achar saídas para problemas inusitados com o que tínhamos à disposição. Logo tivemos então que raciocinar de forma lógica e objetiva, centrando o foco do problema e solucionando-o com apenas os artifício