SIT - Sistema Integrado de Tráfego

Bruno Roberto da Fonseca Pinto - brunorobertofp@hotmail.com
Gustavo de Faro Colen Nunes - gustavocolennues@hotmail.com
Jefferson Yoshitaro Tezuka - jeferson_tezuka@hotmail.com
João Albereto Serbake Júnior - serbake@msn.com
João Paulo da Silva - jps_brasil@hotmail.com
Rafael Augusto Giliczysnki - faelgili@hotmail.com
Welinton Canelo - shadownspectre@hotmail.com

Professores Orientadores:

Profº Gil Marcos Jess - Física - gltjessj@terra.com.br
Profº Afonso Ferreira Miguel - Sistemas Digitais - afonso.miguel@pucpr.br

1. Abstract

The SIT Project was projected in a way that, using the knowledges acquired in Physics and Digital Systems, we could build a system capable of controling a traffic simulation, using sensors and traffic lights, conected to the parallel port of a computer.

2. Resumo

Trabalho apresentado como requisito parcial às disciplinas de Física, Sistemas Digitais e Estruturas de Dados do Curso de Engenharia de Computação da Pontifícia Universidade Católica do Paraná. O Projeto SIT foi projetado de modo que, usando os conhecimentos adqüiridos nas disciplinas de Física e Sistemas Digitais, pudéssemos montar um sistema que fosse capaz de controlar uma simulação de tráfego, utilizando-se de sensores e semáforos conectados à porta paralela de um computador.

3. Objetivos

Simular um trânsito organizado em um trecho de dois cruzamentos através de um autorama e semáforos controlados por computador, onde carrinhos circularão nas pistas fazendo o papel dos usuários das vias. Os carros serão tracionados por um motor DC (motor de corrente continua mostrado em anexo), que serão alimentados pelas faixas condutoras que fazem parte da pista. Estas faixas serão controladas pelo computador, através de um relé de 5 V (ver anexo), permitindo ou não a movimentação dos carrinhos. O software desenvolvido em C++ irá controlar a liberação dos relés, assim como a leitura dos sensores e o acionamento dos semáforos, representados por Leds tricolores (ver anexo). Um sistema autônomo de iluminação da cidade irá controlar o acionamento dos postes noturnos quando a noite cai (penumbra), através de um circuito comparador feito com um Amplificador Operacional, LM324, mostrado em anexo. Este sistema de iluminação conta com apenas um módulo que controla todos os postes, representados por Leds de alta luminosidade. 

4. Descrição do projeto

Procedemos à montagem da maquete a partir de dois autoramas de pista única, com dois espaços para carrinhos. O primeiro passo foi fazer o corte dos autoramas para que estes ficassem com um lugar só para carrinhos e assim conseguimos aumentar o número de peças que nos serviriam para a montagem. 
Após esta primeira etapa tentamos proceder com a produção dos cruzamentos, um tanto quanto complicados para os autoramas, devido a sua forma pronta e aos contatos metálicos que fazem o carrinho andar. Este procedimento levou algum tempo, já que demoramos vários dias para conseguir uma nova autorização para utilização da Maquetaria. Finalmente quando conseguimos a autorização, procedemos com os novos cortes e fizemos os dois cruzamentos.
Montamos a pista então sobre uma chapa quadrada de madeira de 1,20m por 1,20m. Esta chapa serve como apoio para que a pista não vibre e não desmonte mais após sua montagem final, já que depois de cortadas as peças passaram a encaixar apenas com o par que foi definido na hora do corte. Assim não tivemos mais problemas com a pista. Alimentamos a pista com uma fonte DC de 5V para testar os carrinhos. 
Então surgiu mais um problema, a idade do autorama fez com que o metal de sacrifício fosse retirado, sem que percebêssemos, assim que passamos uma lã de aço comum sobre os contatos para que estes funcionassem melhor. Esta camada fina de metal, menos corrosivo, revestia os contatos metálicos da pista para eles não enferrujarem. Após um dia percebemos a bobeira, a pista estava toda enferrujada. A solução que pudemos dar foi retirar a ferrugem com uma lã de aço, cada vez que o sistema ia ser ligado, assim os carrinhos funcionam normalmente pelo circuito. 
Definimos a posição final da pista, sendo assim começamos a pensar nos sensores. Escolhemos os sensores infravermelhos TIL78, fototransistor que recebe a emissão de raios infravermelhos pelo outro sensor o TIL32. Tivemos várias dificuldades com a utilização desse sensor, como com a interferência luminosa emitida pelas luzes do laboratório e um dos piores, a tensão que obtivemos no coletor do transistor NPN (BC548) era incompatível a configuração de uma entrada TTL, 0,8 V ou 2 V, sendo assim, nós não conseguíamos excitar as entradas da porta paralela. Resolvemos o problema adicionando uma porta inversora CMOS, cuja entrada era compatível com a saída dos sensores, 1,5 e 3,5 V. Adicionamos então, ao módulo dos sensores, o CI 4049, que escolhemos por ser um INVERTER BUFFER & TTL DRIVER, ou seja, inverte a entrada e converte para qualquer CI TTL. Vencidas estas dificuldades confeccionamos as placas (Modulo dos Sensores), mostradas mais a frente, e os sensores passaram a funcionar perfeitamente, foi o animo que precisávamos para continuar com o projeto. 
Como o sensor percebe a menor diferença de emissão entre eles, o sinal variava muito e as rodas do carrinho determinavam duas passagens de cada vez através dos sensores. Percebemos a necessidade de um segurador de sinal, ou seja, de algo que segurasse o sinal após a primeira mudança sobre um sensor, até outro sensor parecido. Pegamos um circuito denominado Latch, que fazia exatamente isso. Para isso utilizamos dois Flip-flops do tipo D, 7474 e uma porta inversora 7404. Montagem fácil, solução rápida.
Montamos assim o que faltava na maquete, os muitos fios que percorrem a parte de baixo da pista que ligam os sensores a porta paralela, os postes e os semáforos aos seus módulos controladores e os relés até as fontes e aos seus módulos controladores e o restante das placas e módulos de circuitos elétricos.
Percebemos no dia da pré-apresentação que os sensores vibravam muito quando os carrinhos estavam em movimento sobre a pista, criamos então um suporte para cada um deles, confeccionado em madeira e com apenas um furo que tem exatamente o diâmetro total do sensor, 4,0mm. 
Contudo após a maquete pronta, tínhamos muito que fazer para concluir nossos objetivos e fazer funcionar como esperávamos o projeto. As muitas provas e trabalhos na mesma semana da apresentação acabaram nos tomaram muito tempo e não tivemos outra alternativa além de escolher apresentar o projeto sem muito empenho na parte estética, demos prioridade total a parte funcional da coisa. Afinal gostaríamos muito de ver uma idéia considerada tão boa em que aplicamos várias semanas funcionando perfeitamente. Foi assim que pensamos em desenvolver o software em console, DOS, apenas para fazer o controle de tudo. Conseguimos terminar o mesmo e unimos as duas coisas, a parte física do projeto e a parte computacional. Muitos ajustes depois, esta rodando perfeitamente. 
Como pode-ser perceber no diagrama mais abaixo, o sistema é todo integrado em uma central de processamento, que é o computador, o qual gerencia todo o sistema pelo software já mencionado. 
A alimentação das pistas se da através de fontes independentes de tensão 3,0 V e 3,8 V, esta diferença se da porque os carrinhos são de autoramas diferentes e, portanto não funcionam corretamente com a mesma tensão. Os relés que permitem a alimentação das pistas se encontram conectados aos MCR (Módulos de Controle de Reles) que por sua vez são controlados pela STPC. 
Os pares de sensores infravermelhos trabalham juntos, portanto tem um módulo idêntico para cada par. Esses módulos MS (Modulo de Sensores) têm uma saída de Alto ou Baixo Nível lógico, ou seja, 0 ou 1 ou 0 ou 5 V. E são alimentados separadamente por uma fonte fixa. 
Os semáforos são alimentados pela porta paralela acoplada ao STPC e não necessitam de outra fonte de tensão. Para a representação dos semáforos utilizamos Leds tricolores nas cores vermelho, verde e a junção das duas que retorna uma cor alaranjada, quase idêntica a dos semáforos reais. 

5. Lista de materiais

6. Diagramas elétricos

Figura 1: Diagrama principal de funcionamento

Figura 2: Diagrama da placa do latch

Figura 3: Diagrama da placa de iluminação (LDR)

Figura 4: Diagrama da placa do sensor

7. Diagrama da placa de circuito impresso

Figura 5: Placa de circuito impresso do latch

Figura 6:  Placa de circuito impresso do módulo LDR

Figura 7:  Placa de circuito impresso do sensor

8. Software Desenvolvido

O Software foi desenvolvido em C++ usando o Visual Studio 6, de modo a controlar a cor que seria exibida pelo semáforo, de acordo com a posição de cada carrinho, fornecida pelos sensores conectados à porta paralela. O Software também controla os relés conectados à alimentação das duas pistas, de modo que nenhum carrinho "furaria" um sinal vermelho.

9. Conclusão

O desenvolvimento de um projeto que envolve tanto a eletrônica digital quanto a informática fez com que cada membro desta equipe explorasse alguma fonte de conhecimento já que ainda não tínhamos embasamento teórico, tampouco prático. A Física foi comprovada diversas vezes durante a elaboração do projeto, tanto de forma prática quanto teórica, desde as definições de corrente elétrica, resistências, quedas de tensão, radiação infravermelha como na velocidade e atrito. A construção física da pista de alguma maneira aplicou os conceitos já vistos da disciplina.
Os problemas que foram surgindo foram solucionados na medida do possível, fazendo com que aprendêssemos a achar saídas para problemas inusitados com o que tínhamos à disposição. 
Por ser primeiro projeto desenvolvido por nós recebemos com bastante entusiasmo o projeto, apesar de saber que não teríamos muito tempo, que teríamos muitos problemas e que possivelmente ficaríamos algumas noites sem dormir. Tudo o que pensávamos acabou se concretizando, inclusive as noites sem dormir, mas o retorno que obtivemos quando nosso projeto funcionou da maneira esperada compensou em muito todos os nossos esforços.
Agradecemos o sucesso de nosso projeto aos professores orientadores Gil Marcos Jess e Afonso Ferreira Miguel pelo tempo que dedicaram para ajudar os acadêmicos e nossa equipe e pela sinceridade e paciência que determinou inclusive a mudança de nosso plano inicial. Agradecemos também aos colaboradores do projeto, por exemplo, a Lílian.

10. Referências

MIGUEL, Afonso F. Datasheets e Módulo de Aquisição. [on line] Disponível na Internet via www. URL: http://www.icet.pucpr.br/afonso. Arquivos capturados em 28 de setembro de 2002.

FIGUEIRA, S. Remendo nas contas. RAUSP, São Paulo, nº 15029, 01 out. 2004. Disponível em: http://www.usp.br/fea/rausp/ 140920.htm. Acesso em: 03 mar. 2005.

11. Galeria de fotos