Projeto Hora Certa

Adroaldo Martins Filho - adroalromartins@terra.com.br

Leandro Diogo Vazatta - vazatta@msn.com

Paulo Roberto Reis dos Santos - mryde@bol.com.br

Roberto Eliud Marks Farias - robertoemf@hotmail.com

 

Professores Orientadores:

Profº Gil Marcos Jess - Física - gltjessj@terra.com.br

Profº Afonso Ferreira Miguel - Sistemas Digitais - afonso.miguel@pucpr.br

Profº Edson Pacheco - Técnicas Avançadas de Programação - pacheco@ppgia.pucpr.br

Profº Edgard Jamhour- Circuitos Elétricos I- jamhour@ppgia.pucpr.br

 

Foto 1 – Equipe e Projeto

 

1. Abstract

The Right Time project was developed by a group of third period Computing Engineering students at PUC – Paraná.  The project combines four subjects: Physics III, Digital Systems I, Advanced Programming Techniques, and Electric Circuits I.

 

It is also education based and aims to assist mainly children, helping them to learn digital and/or analog time reading.

 

This projects uses both parallel and serial communication, where the second one is responsible for controlling a pace motor that generates movement, thus meeting the main requirement of this third year Project Integration.

 

2. Resumo

Trabalho apresentado como requisito a parcial às disciplinas de Física III, Sistemas Digitais I, Técnicas Avançadas de Programação e Circuitos Elétricos I do curso de Engenharia de Computação da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, dos graduandos cursando o terceiro período.

 

3. Objetivos

Este projeto consiste na realização de uma ferramenta de caráter educacional visando o aprendizado na leitura de horas em relógios tanto digital como analógicos.

Para tal, fora desenvolvida uma caixa console que é conectada ao computador utilizando comunicação serial, paralela e ps2. Nesta, encontram-se um relógio analógico desenvolvido com motor de passo e um relógio digital, utilizando displays e CIs, além de placas referente a comunicação e distribuição de dados.

            Todos os eventos referentes à leitura das horas são transmitidos ao computador, o qual analisa os eventos com o software específico e retorna ao usuário seu desempenho.

 

4. Descrição do projeto

4.1 Circuitos

Todas as placas do projeto foram desenhadas no programa Eagle, impressas a laser em folha de papel vegetal e prensadas sobre as placas que foram corroídas em uma solução de percloreto de ferro. Mais tarde os componentes foram estanhados sobre as placas manualmente.

A comunicação entre o computador e o console do projeto é realizada por meio das portas de comunicação paralela e serial. A porta paralela está conectada, por meio de um cabo de 25 vias (sendo que dessas, somente doze vias são utilizadas, onze de saídas de dados e uma de gnd), a um módulo isolador. O módulo funciona essencialmente por meio de CIs foto-acopladores 4N25 que não permitem o retorno de corrente para a máquina, isolando-a de possíveis riscos de queima. Além disso, o módulo conta com outros dispositivos eletro-eletrônicos como resistores. Módulo alimentado por uma fonte de 5 volts.

Todas as 11 saídas da porta paralela são usadas somente para controlar leds.

O módulo que controla quatro displays de sete segmentos recebe sete saídas da porta paralela. Das sete saídas, quatro são utilizadas para enviar o número na forma BCD que será mostrado no display há um CI 4511. Outras duas saídas servem para por meio de um CI 74139 selecionarem qual é o display que será ajustado, e a última saída faz com que nenhum dos quatro displays seja modificado. O módulo ainda possui resistores e é alimentado por uma fonte de 5 volts.

Outro módulo conectado ao primeiro que já saiu da porta paralela recebe as quatro saídas restante.

Esse módulo seleciona o acendimento ou não dos leds presentes no console, e é composto por um CI 74139 sendo dos quatro sinais, dois utilizados para formar um número binário selecionando qual dos quatro leds conectados a sua saída será ligado. O mesmo CI 74139 é ainda utilizado para receber um terceiro sinal da paralela que desliga todos os leds da parte acima citada e ainda um quarto sinal que binariamente controla dois outros leds ligando-os exclusivamente um em relação ao outro, sem a necessidade de desligar ambos ao mesmo tempo. Ainda foi utilizado um CI 7404 para se chegar aos resultados esperados. Este módulo é energizado com 5 volts.

Já porta serial está conectada, por meio de um cabo de nove vias (sendo que dessas, somente 3 são utilizadas (2 para saída de dados e uma para gnd), a um módulo conversor RS232 - TTL que converte o sinal RS232 vindo do computador para o sinal TTL. Este módulo é composto por um CI MAX232, capacitores eletrolíticos, transistor regulador de tensão 7805, transistor de uso geral BC548 e resistores. Módulo alimentado por uma fonte de 9-12 volts. 

Conectado a porta serial está um segundo módulo, M0 - Stepper Motor Controller, que é composto por um PIC12F629 que foi programada com o programa MPLAB IDE com a ajuda de um programador de PIC PICSTART PLUS. Além disso, foi utilizado um transistor regulador de tensão 7805, e capacitores eletrolíticos. Módulo este já alimentado pelo módulo anterior.

Antes de ser chegar finalmente ao motor de passo, o módulo M0 precisa passar por um módulo de etapa de potência composto por um CI ULN2803, alimentado pelo circuito anterior.

O motor precisa ser conectado a uma fonte independente de 7.5-9 volts.

Além dos dados de saída, existem os dados de entrada que estão conectados ao computador utilizando os próprios botões do teclado. Como são necessários 7 botões para o funcionamento do console, foram extraídos do teclado os botões referentes ao teclado numérico.

 

4.2 Estrutura

A estrutura onde estão todas as placas foi feita de MDF sendo recoberta com filme plástico e adesivo, para uma melhor aparência.

 

5. Lista de materiais

Tab. 01 – Lista dos componentes.

04

Displays de sete segmentos (FND 560);

12

Diodo Leds;

04

CIs 4511;

02

CIs 74LS139;

01

CI 7404;

02

CI 7805;

11

CIs 4N25;

01

CI ULN2803A;

01

CI MAX 232;

01

PIC 12F629;

07

Transistores BC548;

02

Capacitores de 100uF;

04

Capacitores de 1 uF;

01

Capacitor de 10 uF;

13

Resistores de 1KΩ;

39

Resistores de 330Ω;

02

Resistores de 180Ω;

04

Resistores de 10KΩ;

21

Soquetes para CIs;

111

Conectores macho;

111

Conectores fêmea;

03

Placa de fenolite 25x15;

01

Placa de fibra de vidro 10x10;

03m

Cabo Paralelo;

05m

Cabo Serial;

01

Motor de passo com 7,5º;

01

Relógio;

07

Botões;

01

Teclado;

03m

Fio manga;

03m

Cabo Flat;

06m

Cordão paralelo flexível.

03

Fontes

 

 

6. Diagramas elétricos

 

Fig.1 – Diagrama Elétrico do circuito M0 e RS232-TLL coadunados.

 

Fig.2 - Diagrama Elétrico do Circuito Etapa de Potência para o Motor de Passo.

 

Fig.3 - Diagrama Elétrico do Circuito Relógio Digital.

 

Fig.4 - Diagrama Elétrico do Circuito Isolador da Porta Paralela.

 

Fig.5 - Diagrama Elétrico do Circuito controlador de Leds.

 

Fig.6 - Diagrama Elétrico dos circuitos que suportam os Leds.

 

7. Diagrama da placa de circuito impresso

 

Fig.7 – Diagrama do circuito M0 e RS232-TLL coadunados.

 

Fig.8 - Diagrama do Circuito Etapa de Potência para o Motor de Passo.

 

Fig.9 – Diagrama do Circuito Relógio Digital.

 

 

Fig.10 - Diagrama do Circuito Isolador da Porta Paralela.

 

Fig.11 – Diagrama do Circuito controlador de Leds.

 

Fig.12 - Diagrama dos circuitos que suportam os Leds.

 

8. Software desenvolvido

O software é totalmente orientado a objeto possuindo algumas classes que gerenciam a comunicação serial, paralela e o protocolo das mesmas. Através de várias operações, que vão desde a leitura do teclado até o controle dos leds, displays, e motor de passo. O programa sincroniza e verifica o funcionamento do relógio digital e analógico, verificando se o horário informado pelo console é o mesmo gerado pelo programa. O usuário tem a opção de informar horários, ou que o software gere randomicamente, além de ter a disposição uma tabela que informa o desempenho do usuário do console. Como medida de segurança o software possui opções para desabilitar ou ocultar determinados campos do console.

Fig. 13 – Software responsável pelo controle do projeto.

 

9. Conclusão

            Através do projeto desenvolvido, verificou-se a enorme dificuldade em transformar um simples esboço em algo realmente concreto. Tal projeto nos propiciou uma gama de conhecimento que dificilmente seria adquirida em sala de aula, destacando o aprendizado referente à construção de placas de circuito impresso, a ligação computador-projeto realizada via comunicação serial e paralela, assim como a obtenção da caixa de redução para o motor de passo.

            Assim, tal trabalho fora de suma importância para aprimoramento de conhecimentos existentes, obtenção de novos, e integração total destes nos objetivos a serem alcançados. 

 

10. Referências

MIGUEL, Afonso F. Datasheets e Sistemas Digitais I [on line] Disponível na Internet via www. URL: http://www.icet.pucpr.br/afonso

 

MIGUEL, Afonso F. Dad.zip [on line] Disponível na Internet via www.  URL: http://www.icet.pucpr.br/afonso/Graduacao/LabEngComp/ModulosAquisicao/dad.zip

 

STROUSTRUP, Bjarne. A linguagem de Programação C++. 3ª Ed. Porto Alegre: Bookman, 2000.

 

DEITEL, D.M. & DEITEL J. Paul. C++ Como Programar, 3ª Ed. São Paulo: Bookman, 2001.

 

TOCCI, J. Ronald & WIDMER S. Neal. Sistemas Digitais – Princípios e Aplicações, 7ª Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2000.

 

11. Galeria de fotos

   

Foto 2 – Console do Projeto.

Foto 3 – Console do Projeto.