Portão
eletrônico com RFID
Projeto Integrado
Equipe:
Thiago Fernando de Azevedo , 3° Período, Engenharia de
Computação– nazeve@gmail.com
Gustavo H. D. Oliveira,3° Período, Engenharia de
Computação- gustavo_oliveira55@hotmail.com
Professores Orientadores:
Prof. Gil Marcos Jess - Física III - gltjess@terra.com.br
Prof. Afonso Ferreira Miguel - Sistemas Digitais I - afonso.miguel@pucpr.br
Abstract:
The Electronic gate with RFID is a project that will be built by 1
student of Computer Engineering at PUC-Pr, wich involves
the disciplines of Physics III, Digital Systems I and Eletric
Circuits I. The objective is to control an Electronic gate for the computer using a software
and RFID transmitter through the serial port and the C++ Language.
Resumo:
O projeto consiste em um sistema que identifica o emissor de sinal implantado no automóvel através de um software desenvolvido em C++, liberando o acesso após a identificação, sem a necessidade de nenhum controle remoto para controlar o portão.
A interface de controle do motor de passo utiliza a porta paralela para comunicação, enquanto que o RFID utiliza a serial. O sinal é transmitido via FM do automóvel para o receptor ligado ao computador onde é processado e convertido em pulsos para acionamento do motor de passo.
Introdução:
Por experiência própria, percebemos que o controle remoto de um portão eletrônico é o dispositivo que mais apresenta problema, por isso pensamos em eliminá-lo através do uso do RFID que é um dispositivo que identifica o emissor de sinal via rádio, liberando o acesso ou não pelo acionamento do portão.
Obs: Devido ao pouco conhecimento sobre o RFID estaremos
agregando com o portão apenas no 4° período onde a
Física tratará do memso.
O
Projeto:
O primeiro passo foi pensar qual motor seria mais adequado ao projeto. Foi utilizado num primeiro momento motor de corrente contínua, que funcionou, mas apresentaria problema no fechamento do portão, onde teríamos que inverter o sentido da corrente elétrica, então foi substituído por um motor de passo que funcionou corretamente com o auxílio de um módulo adquirido em www.rogercom.com.
Material utilizado:
|
1 Cabo de Impressora (DB 25
Macho) |
|
1 Circuito Integrado
ULN2003 ou ULN2803 |
|
1 Motor de Passo no
máx. de 500mA |
|
1 Díodo
de Zener de de 0.5W / 12v |
|
Multímetro (se
puder ser para verificar os fios do motor) |
Figura 1: Módulo
Conforme cronograma, iniciamos a
pesquisa dos materiais necessários. Como começamos pela maquete,
utilizamos papel cartão, papel cartaz, tinta, papel pinho, isopor e
acetato. Com a utilização desses materiais conseguimos fazer
grande parte da maquete. Terminando o corpo da maquete, começamos a
pesquisar a melhor forma de fazer o portão e a melhor maneira de
fixá-lo. Foi nesse pensamento que observamos um Drive
de Cd Rom e resolvemos utilizar o corpo dele para fixação do
nosso portão na maquete. Utilizamos algumas partes do Drive para locomoção do portão. Com
isso conseguimos concluir nossa maquete.
O
segundo passo foi procurar por um motor de passo bom. Como encontrar um
é relativamente fácil, resolvemos pegar um motor de uma
impressora HP. Após a escolha do motor, necessitamos identificar que tipo de motor de passo tínhamos. Pois há dois
tipos de motores, os bipolares e os unipolares, os de 6
fios ou de 5 fios (são unipolares) e os de 4 fios (bipolares), a
diferença está no papel que cada um desempenha, mais preciso ou
menos preciso.Nosso motor no caso é um unipolar. Após descobrirmos qual era o motor, convém identificar que
fios correspondem a quais bobinas.
A primeira
distinção a ser feita é quanto aos motores de 5 ou 6 fios.
Nos motores de 5 fios, há 1 fio comum de alimentação e 4
fios de retorno, um para cada bobina. No motor de 6 fios, provavelmente a
diferença básica é que chegam 2 fios de
alimentação (da mesma cor), um para cada duas bobinas.Um
método indicado na identificação dos fios de
alimentação é medir a resistência elétrica
entre todos eles dois a dois. A resistência entre o fio de
alimentação e cada um dos fios de retorno será igual
à metade da resistência entre dois fios de retorno. Isso
ocorre porque o fio comum está geralmente ligado entre duas bobinas.
Logo, entre o fio comum e um fio de retorno há apenas uma bobina, enquanto
que entre dois fios de retorno há duas bobinas, o que faz com que a
resistência medida seja o dobro.Uma vez identificados os fios de
alimentação, a forma mais prática de identificar as
bobinas é acioná-las em diferentes seqüências e
verificar se o rotor gira corretamente.
Motor de passo:
No que
se refere ao funcionamento, os motores de passo podem
ser comparados aos síncronos, ou seja, um campo rotativo (nesse caso
gerados pela electrónica de controle) faz
girar um rotor magnético. Tais motores foram subdivididos de acordo com
a forma em que é gerado o campo rotativo (enrolamento unipolar ou
bipolar no estator) e com o material empregado na
confecção do rotor. Os mais usados são os unipolares,
geralmente com quatro bobinas. Neles, cada fase consiste de um enrolamento com
derivação central, ou mesmo de dois enrolamentos separados, de
forma que o campo magnético possa ser invertido sem a necessidade de se
inverter o sentido da corrente.
Motor de Passo Unipolar
O uso de motores de passo
exige o respeito a algumas regras básicas. É preciso levar em
conta o caráter indutivo do estator, cuja
corrente, ao ser chaveada, gera uma tensão
indutiva que chega a ser elevada o bastante para destruir a eletrônica de
controle. Isso pode ser evitado com a utilização de díodos de protecção,
nos enrolamentos unipolares, e varistores ou diodos zener ligados em anti-série, no caso dos bipolares.
As correias dentadas de transmissão são mais indicadas que as
engrenagens, devido ao fenómeno da
ultrapassagem provocado pelo baixo amortecimento desses motores, que poderiam
quebrar ou desgastar rapidamente os dentes. Mas o melhor mesmo é, sempre
que possível, utilizar a transmissão directa.
Por fim, caso você queira posicionar algo com muita precisão, por
meio de motores de passo, deve tentar fazer com que o número de passos,
entre o ponto de referência e a posição desejada, seja
proporcional (segundo um número inteiro) à quantidade de estatores do motor.
Os motores de passo são encontrados em 2 tipos: Magnético Permanente(permanent magnet) e Relutância Variável(variable reluctance) (existe também os motores híbridos,
que são indistinguíveis de magnético permanente ou
relutância variável de ponto de vista de controle). Motores
magnéticos permanente possuem a tendência a "agarrar"
quando se gira o seu eixo com os dedos (com o motor desligado) e os motores de
relutância variáveis giram livremente (às vezes eles podem
"agarrar" levemente por causa do resíduo magnético no
rotor). Você geralmente pode identificá-los também com um ohmímetro. Motores de relutância
variáveis geralmente possuem 3 enrolamentos
(às vezes 4), com um retorno comum, enquanto motores magnético
permanentes possuem 2 enrolamentos independentes, com ou sem fio centrais (center taps). Enrolamentos com fios centrasi
são usados por motores de passo do tipo unipolar.
. Após identificarmos tudo,
só nos resta montar o circuito. Iremos fazer o circuito integrado ULN2003 que contem 16 pinos, do 1 ao 7 são entradas, do 10 ao 16 são
saídas, o pino 8 é Terra (0v) e o pino 9 é Positivo (12v).
Conforme imagem
abaixo:
Iremos utilizar a
comunicação via porta paralela, que contem 25 pinos, o 1 é Massa e do 2 ao 9 são saídas (onde
ligamos o ULN2003) e os pinos
Agora para montar o circuito é
só utilizar o seguinte procedimento:
- Pinos 2 ao 5 (ou do D0 ao D3) da LTP1 Ligamos Nos Pinos 1,2,3 e 4 do
ULN2003.
- Ligar um Pino do 18
ao 25 da Ltp1 ao Pino 8 do ULN2003 e Ligar à TERRA (0v da
fonte). Entre o Pino 9 do ULN2003 e a Fonte 12v Vamos colocar o Díodo de Zener
e vamos tb ligar o Fio Comum ou os Fios Comuns
(depende do motor) aos 12v.
É
claro que para ligarmos a comunicação
via porta paralelo necessitamos da pinagem:
Conector macho
Conector fêmea
|
Pino |
Sinal |
Direção |
Descrição |
|
1 |
/STROBE |
OUT |
sinal de Controle |
|
2 |
DADO 0 |
OUT |
bit de dado D0 |
|
3 |
DADO 1 |
OUT |
bit de dado D1 |
|
4 |
DADO 2 |
OUT |
bit de dado D2 |
|
5 |
DADO 3 |
OUT |
bit de dado D3 |
|
6 |
DADO 4 |
OUT |
bit de dado D4 |
|
7 |
DADO 5 |
OUT |
bit de dado D5 |
|
8 |
DADO 6 |
OUT |
bit de dado D6 |
|
9 |
DADO 7 |
OUT |
bit de dado D7 |
|
10 |
/ACKNLG |
IN |
sinal de controle |
|
11 |
BUSY |
IN |
sinal de controle |
|
12 |
PE |
IN |
sinal de controle |
|
13 |
--- |
--- |
--- |
|
14 |
/AUTO FEED XT |
OUT |
sinal de controle |
|
15 |
--- |
--- |
--- |
|
16 |
--- |
--- |
--- |
|
17 |
--- |
--- |
--- |
|
18 |
GND |
--- |
Sinal de Terra |
|
19 |
GND |
--- |
Sinal de Terra |
|
20 |
GND |
--- |
Sinal de Terra |
|
21 |
GND |
--- |
Sinal de Terra |
|
22 |
GND |
--- |
Sinal de Terra |
|
23 |
GND |
--- |
Sinal de Terra |
|
24 |
GND |
--- |
Sinal de Terra |
|
25 |
GND |
--- |
Sinal de Terra |
Circuito impresso da placa:
Diodo zener:
simbolo
O Software foi desenvolvido no Microsoft Visual C++ e adquirido em www.rogercom.com.
A idéia inicial era que a cada veículo identificado, fosse
exibido na tela uma espécie de registro mostrando
informações de entrada e saída dos veículos, essa
implementação não foi feita pois
não havia como o software saber se a ação foi executada ou
não. Outro motivo pelo qual não foi implementada a
visualização no software, foi a falta de
conhecimento de como manipular imagens em C++ e o tempo escasso para adquirir
tal conhecimento sozinho. O software pode ser visto na figura 2.
O
Lptmotor é um programa controlador e simulador
de motor de passo. Através dele temos total controle do motor, como
velocidade, direção, tipo de passo, liga/desliga, escolha da
porta e outros.
Teclas e botões de controle
Intervalo entre cada passo
Tipo de passo
Controle
Porta
Os
pinos da Porta Paralela para controle do Motor são: 2, 3, 4 e 5,
respectivamente D0, D1, D2 e D3.
ULN 2003
O ULN é utilizado como um driver de
Potência. Um driver de potência
é utilizado sempre quando precisamos acionar
um equipamento mais potente através de um
microcontrolador. O BS2K fornece
50 mA em suas
saídas só que os motores de passo consomem perto de
Diodo 1N4001 / 4007
O diodo é utilizado para absorver o campo magnético reverso
produzido quando o motor é desligado.
Fios do Motor
Um dos passos mais trabalhosos nesse projeto é identificar
os fios do motor. Vou tomar por base um motor de 6
fios onde 2 são para ser ligados em +VCC. Usando um
multímetro deve-se medir as resistências entre todos os
fios. Logo você irá notar que vai haver 3
tipos de resistência: R , 2R e infinito,imagine que a resistência
entre o fios 1 e 2 de 2R e entre os fios 1 e 3 deu R e entre os fios 2 e 3
também deu R. Com isso podemos dizer que o fio 3 é o fio de
alimentação +, e os fios 1 e 3 fazem parte da mesma bobina. A
mesma coisa deve ocorrer com os 3 fios restantes,
sendo que se você medir as resistências entre qualquer um dos fios
1,2,3 e 4,5,6, elas vão dar infinito, pois eles não
estão ligados entre si. Supondo que o fio 3 e o
fio 6 sejam nos nossos fios de alimentação, teremos que
ligá-los na alimentação de 12V.
Ordem das Bobinas
Verificar a ordem das bobinas é um passo extremamente
importante, pois se isso não for verificado, provavelmente
o seu motor não irá funcionar do jeito que você quer.
Para verificar a ordem das bobinas, basta
alimentar os fios de alimentação com a tensão requerida, e
com o terra da fonte, vá encostando nos outros 4 cabos que
sobraram, um de cada vez, você irá perceber que o motor
começará a girar, a cada vez que você encostar o terra em
um cabo diferente, uma hora ele vai girar em um sentido, outras em outro
sentido.. Vá trocando a ordem dos cabos que você liga no terra, até que o seu motor gire 4 vezes
consecutivas no mesmo sentido. Anotando a ordem dos cabos que você ligou no terra para dar essa seqüência de
4 giradinhas no mesmo sentido, e com isso você
tem a ordem das bobinas. Agora basta você ligar os fios
na ordem na saída do ULN 2003
Particularidades e problemas enfrentados:
O primeiro grande problema encontrar um módulo que funcionasse
corretamente. Outro problema foi encontrar o motor de passo no mercado,
não encontrado sacrifiquei minha impressora para a retirada do motor de
passo. Com esses problemas resolvidos faltava apenas acertar a
seqüência das bobinas do motor para o correto funcionamento.
Figura
3: Retirada do motor de passo da impressora.
Três estados de um motor de passo
|
|
Desligado: |
|
|
Parado: |
|
|
Rodando: |
Diagramas Elétricos:
Figura
4: Módulo pra controlar o motor.
Conclusão:
O
projeto portão eletrônico com RFID mostrou que nada é
impossível, apesar de parecer complicado ele é mais fácil
do a gente pensava, mas devido a falta de
colaboração da equipe que se desintegrou perto da
apresentação, me sobrecarregando com as tarefas destinadas aos
outros integrantes, o projeto não pode ser concluído. Apesar de
eu ter conseguido terminar a minha parte para a apresentação
não foi o suficiente para a conclusão do projeto. Eu aprendi que
as aulas não ensinam você a fazer projeto, mas te dão uma
noção básica e onde procurar ajuda para implementá-los.
Como já comentei algumas implementações
não foram feitas devido à falta de tempo e conhecimento
principalmente na parte de programação. A experiência e
conhecimento adquiridos nesse projeto foram bem maiores do que a aprendida em
sala de aula, mostrando que iniciativas desse tipo poderiam existir com mais
freqüência e de maneira mais integrada entre as disciplina e talvez
entre outros cursos.
Referências:
MIGUEL, Afonso F. Módulo de Aquisição. [on line]
Disponível
na Internet via www. URL: http://www.icet.pucpr.br/afonso. Arquivos
capturados em 21 de agosto de 2004.
Porta paralela e outros. [on line]
Disponível
na Internet via www. URL: http://www.rogercom.com
Motor de passo. [on line]
Disponível
na Internet via www. URL: http://motorpasso.no.sapo.pt/Start.htm
Motor de passo. [on line]
Disponível
na Internet via www. URL: http://www.mrshp.hpg.ig.com.br/rob/m_passo.htm
Downloads:
Software pra controlar o
motor de passo
Galeria de Fotos:
