Projeto Integrado - Gráfica de Tartaruga

Gráfico de Tartaruga

Alexandre Perin - ale_perin@yahoo.com.br
Eduardo Grando - duhgrando@yahoo.com.br
Luciano Motti - luciano_motti@yahoo.com.br
Victor Villela Serta - victorserta@gmail.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
Profª Viviana R. Zurro - Circuitos Elétricos - viviana.zurro@pucpr.br

1. Abstract

    The Turtle Graphic Project was developed by a group of third periods of computer engineering students at PUC – Paraná. The project combines four subjects: Physics III, Digital Systems I, Advanced Techniques of Programming and Electric Circuits I.
    The intention was to implement the language LOGO that is turtle that move with the commands that you send. This project does this in a machine.

2. Apresentação

    O projeto do grafico da tartaruga foi desenvolvido por um grupo de estudantes do 3°periodo de engenharia da computação na PUC-PR. Esse projeto está relacionado a quatro matérias Física III, Sistemas Digitais I, Técnicas Avançadas de Programação e Circuitos Elétricos I. A intenção do grupo era implementar a linguagem LOGO, que é uma tartaruga que se move com comandos enviados a ela. O projeto faz isso em uma máquina.

3. Objetivo

    O objetivo do projeto é realizar movimento de qualquer objeto metálico utilizando motores de passo e um eletro-imã controlado via porta paralela do computador, onde através de coordenadas (x e y) e ativação/desativação de atrações colocadas na entrada do software, o qual se encarrega de interpretar os sinais, é possível controlar o hardware enviando-os para o circuito, Outra função do sistema é a possibilidade de atração de objetos metálicos através de um eletro-imã controlado por software. A posição de um dos motores é fixa para o movimento em x, controlando o outro eixo através de uma correia. Já o outro motor acompanha o eixo x e se movimenta em y também utilizando uma correia. Todo o sistema tem como objetivo alterar a posição do eletro-imã. O funcionamento se dá quando se define uma posição (coordenada x e y), então os motores levam o eletro-imã até ela. Após isto o usuário do sistema decide fazer outro movimento e ativar ou desativar a atração do objeto.

4. Descrição do Projeto

    Inicialmente nos preocupamos com a forma com que o movimento seria gerado. Pensamos em fazer a movimentação com dois motores, cada um para cada barra, porém com essas duas barras grudadas.Verificamos que a melhor opção em nosso caso seria a utilização de motores de passo uma para cada barra, mas elas separadas. A vantagem deste tipo de motor é que é possível maior controle sobre seus movimentos, pois ele possui 4 bobinas que são ligadas/desligadas manualmente, sendo possível controlar a quantidade de “passos” dados de um movimento do motor.
    Analisamos que, como o motor necessita de maior tensão e maior corrente do que os outros CIs que pretendíamos utilizar, precisaríamos de um componente ULN2003 que possui uma saída suficiente. Com o funcionamento dos motores compreendido o próximo passo seria analisarmos a melhor maneira de realizar a atração de peças metálicas. Decidimos utilizar um eletro-imã, pois desta forma é gerado um campo magnético apenas com a passagem de corrente elétrica. Para proteção da porta utilizamos optoacopladores (fotoacopladores) com fim de isolar nosso circuito do computador. O funcionamento de um optoacoplador se baseia em fototransitor, onde ele é ativado com a presença de luz. O CI 4n25 (optoacoplador) possui internamente um emissor de luz e um fototransistor, assim não há ligação física entre o circuito que vem da placa paralela e o nosso circuito.
    O circuito do projeto possui um buffer tri-state(74LS244) onde se dá a entrada de dados para os motores e onde será selecionada a saída de acordo com o motor desejado, uma porta inversora (7404) que inverte o sinal do motor selecionado enviado para o buffer tri-state, dois ULN2003 que tem como objetivo fornecer a tensão e a corrente necessária para a movimentação dos motores e um relê que é utilizado para o controle do eletro-imã.


5. Lista de Materiais

    3 Barras metálicas;
    2 Motores de passo (24 Vcc, 6 fios, 90 Ω);
    1 CI 74LS04;
    1 CI 74LS244;
    8 CI 4N25 (fotoacopladores);
    2 ULN 2003;
    1 Relé (Imput: 5 Vcc, Output: 30 Vcc - 2A / 120 Vcc - 1A);
    8 Resistores 1 kΩ;
    1 DB25 Fêmea (porta parelela);
    1 Cabo paralelo;
    3 placas de circuito impresso;
    2 Correias;
    1 Base de madeira;
    Fontes de alimentação: 5Vcc, 24Vcc;
    Software Microsoft Visual C++, para o desenvolvimento do programa;
    Fios, cola quente, cola instantânea e outros.

6. Diagramas Elétricos

Figura 1: diagrama do circuito elétrico que controla os motores de passo com um buffer(74LS244, 74LS04) para a seleção do motor e dois ULN 2003 que enviam comandos à eles.

Figura 2: diagrama do circuito elétrico que recebe os dados enviados para a porta paralela. Possui 8 4N25(fotoacopladores) para proteger a porta parelela.

7. Diagramas das placas de circuito impresso

Figura 3: placa de circuito impresso de controle dos motores de passo.

Figura 4: placa de circuito impresso de proteção da portaparelela.

Figura5 : placa de circuito impresso de controle do relé.

8. Software Desenvolvido

O software foi desenvolvido na linguagem C++ através da ferramenta Microsoft Visual C++. Foram utilizadas 4 classes:

CParalela: Controle de comunicação com a porta paralela;

CMotorPasso: Tradução dos movimentos em coordenada para passos (binário);

CAvel: Controle de movimentação e do eletro-imã enviando os comandos através da classe CParalela;

main: Controle da interface gráfica e das demais classes.

Figura 6: Screenshot do software. O usuário através mouse seleciona a posição desejada e clicando para ativar a atração dos objetos.

9. Conclusão

Neste projeto atingimos o nosso objetivo principal, que era o controle de motores por meio do computador. Ficamos muito contente com a realização do projeto pois podemos aprender de forma prática muitas coisas que ainda não sabíamos nas matérias que compunham a Projeto Integrado, verificando a grande importância do desenvolvimento de trabalhos práticos no currículo do curso. O grupo adquiriu um bom conhecimento relacionado ao componentes utilizados e a comunicação e controle utilizando-se a porta paralela. Pudemos ter uma idéia com relação a produção de um projeto real, desde seu planejamento a sua execução, vivenciando todas as suas fases e ficando ciente das dificuldades que possam vir a surgir.

10. Referências

MIGUEL, Afonso F.; Datasheets e Módulo de Aquisição. [on line] Disponível na Internet via www. URL: http://www.icet.pucpr.br/afonso.

LOBOSCO, Orlando Silvio & Dias, COSTA José Luiz P. da; Seleção e Aplicação de motores Elétricos; Makron Books

GAJSKI, Daniel D.; Principles of Digital Designer; Prentice-Hall; 1997

TAUB, Herbert; Circuitos Digitais e Microprocessadores; McGraw-Hill; 1984
ARRICK, Roger The Difference Between Stepper Motors, Servos, and RC Servos [online] Disponível na Internet via www. URL: http://www.robotics.com/motors.html

MESSIAS, Antônio Rogério; Porta paralela; [online] Disponível na Internet via www. URL: http://www.rogercom.com/pparalela/introducao.htm

BRAGA, Newton C.; Tudo sobre relés [online] Disponível na Internet via www. URL: http://www.metaltex.com.br/tudosobrereles/tudo1.asp

11. Galeria de fotos