Aqua Car
Alex Scaliante Coelho - alexscaliante@gmail.com
Andrei F. Bergel - a.bergel@pucpr.br
Emerson L. Neves Jr. - emerson_jr@hotmail.com
Professores Orientadores:
Profº Gil Marcos Jess - Física - gltjessj@terra.com.br
Profº Afonso Ferreira Miguel - Sistemas Digitais - afonso.miguel@pucpr.br
Profª Viviana Zurro - Circuitos Elétricos - viviana.zurro@pucpr.br
1. Abstract
The Aqua Car Project was developed by a group of third period Computer Engineering students at PUC – Paraná. The project combines three subjects: Physics III, Digital Systems I and Electric Circuits I.
The ideia behind the project was to learn how to use the radio module to control the motors of the Aqua Car when in the water, what does require a lot of research on the eletronic area.
2. Resumo
Trabalho apresentado como requisito parcial às disciplinas de Física, Sistemas Digitais e Circuitos Elétricos I do Curso de Engenharia de Computação da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, com o intuito de utilizar os conhecimentos adquiridos em sala, bem como a pesquisa e desenvolvimento de assuntos necessários à confecção do projeto.
3. Objetivos
O projeto tem como objetivo desenvolver um veículo controlado por rádio-frequência, capaz de se locomover na água. Para isso, estudamos algumas possibilidades de estrutura, e optamos por fazer a descrita na seção abaixo.
Pretendemos com esse projeto, obter maior conhecimento sobre os assuntos e técnicas envolvidas em sua construção, pois estaremos aplicando-as na prática. As expectativas do grupo se focam no aprendizado do funcionamento dos módulos de comunicação por rádio freqüência, controle de velocidade e direção dos motores DC, bem como a aplicação da programação para tais controles. A Física também será necessária, por se tratar de um veículo que precisa de um dimensionamento correto para que possa flutuar e se locomover sobre a água.
4. Descrição do projeto
Inicialmente, o conceito do projeto se assemelha com um Hidro-Avião. O “Aqua Car” parte da mesma idéia. Um compartimento superior armazena o circuito, motor, baterias e demais componentes necessários. Abaixo deste compartimento existem barras de sustentação que foram soldadas à tiras de alumínio, que por sua vez estão presas à garrafas PET, que servirão de flutuadores.
Quatro rodas dentadas, feitas com nylon e acrílico, ligadas aos motores por correias, dão a propulsão ao veículo. As rodas estão fixadas em dois eixos horizontais, também soldados nas tiras de alumínio. Para controlar a direção, basta desativar ou inventer o sentido de um dos motores, e manter o outro ligado, que o veículo rotacionará na direção do primeiro motor. As imagens abaixo ilustram melhor o conceito do projeto:
Desenvolvemos tembém um circuito separado que transmitirá por rádio frequência, instruções para o controle do veículo. O circuito consiste em dois potenciômetros deslizantes que controlam a velocidade e o sentido de rotação dos dois motores.
A parte elétrica consiste em três placas de circuito impresso: A ponte, que contém duas pontes-h encarregadas de controlar o sentido da corrente fornecida aos motores e conseqüentemente a direção da rotação do motor. O receptor, que recebe as informações do controle remoto por um módulo de rádio freqüência em forma serializada e as envia a um C.I. decoder da Motorola que verifica se a informação recebida é valida. E então, envia essa informação, de forma paralela (4 bits), a um microcontrolador que as interpreta e verifica se o que foi recebido é pertinente ao motor 1 ou ao motor 2. Finalmente, de forma serializada, este MCU passa essa informação a outro microcontrolador que por sua vez irá controlar a velocidade e o sentido informados para as duas pontes-h. O controle remoto possui um microcontrolador que "lê" a tensão em dois potenciômetros utilizando o conversor analógico/digital e envia essa informação já digitalizada de forma paralela (4 bits) à um encoder que serializa a informação e envia ao módulo transmissor de rádio freqüência. A alimentação das pontes e do receptor é proveniente de duas baterias, uma bateria selada de 12V que fornece energia aos motores e uma bateria do tipo AB9V que fornece energia aos demais componentes elétricos. No controle a energia é fornecida por uma bateria do tipo AB9V também.
Já para a parte física, foi utilizado o Poliestireno (PS) nos compartimentos superiores, devido à fácil manipulação e custo relativamente baixo. Nas rodas, utilizamos cilindros de nylon para a parte central, e as aletas foram feitas com acrílico. A estrutura metálica (alumínio e aço) foi utilizada para servir como apoio na junção de todas as partes. E para a flutuação, foram utilizadas garrafas PET de 2 litros.
5. Lista de materiais
4 Transistores TIP102
4 Transistores TIP125
5 Transistores BC548
2 Reguladores de tensão L4940V5
1 Regulador de tensão ajustável LM317
2 Diodos 1N4007
1 Microcontrolador Microchip PIC12F675
1 Microcontrolador Microchip PIC12F629
1 Microcontrolador Microchip PIC18F4550
1 Encoder Motorola/Freescale MC145026
1 Decoder Motorola/Freescale MC145027
1 Módulo transmissor de rádio freqüência RF Solutions AM-RT4-433
1 Módulo receptor de rádio freqüência RF Solutions AM-HRR3-433
Capacitores variados*
Resistores variados*
1 Cilindro de nylon maciço
1 Chapa de acrílico
2 Aros de bicicleta
1 Chapa aluminio
2 Garrafas Pet 2L
2 Garrafas Pet 500ml
1 Chapa de poliestireno (PS)
1 Barra de aço
1 Vidro de Xilol (cola especifica para PS)
2 Correias de impressora
Braçadeiras de nylon
Cola quente, silicone
Parafusos, porcas
* Ver diagramas elétricos
6. Diagramas elétricos
1. Diagrama do circuito RX (Receptor)
2. Diagrama do circuito TX (Controle Remoto - Transmissor)
3. Diagrama da Ponte-H - Motor 1
4. Diagrama da Ponte-H - Motor 2
5. Diagrama da alimentação do barco
7. Diagrama das placas de circuito impresso
1. Diagrama das Placas RX e PWM
2. Diagrama da Placa TX (Controle)
8. Software desenvolvido
Código fonte do software desenvolvido para os microcontroladores: DOWNLOAD AQUI
Não foi desenvolvido software para PCs.
9. Conclusão
Com a realização deste projeto verificamos que é de fato possível concluir um projeto que funciona de acordo com a idéia geral pensada inicialmente, porém várias modificações são necessárias ao longo do processo de desenvolvimento, as vezes os ajustes podem mudar completamente alguma parte do projeto mas mesmo com essas pequenas modificações o resultado final se assemelha com o esperado inicialmente.
Algumas tarefas que pensamos serem as mais difíceis se mostraram as mais fáceis como: Adquirir motores DC, programar um microcontrolador, soldar placas de circuito impresso. Outras por sua vez pareciam fáceis e não demos tanta importância, mas provaram serem as mais laboriosas: Confeccionar as rodas d’água, Soldar peças de alumínio, montar uma ponte-h, Cortar um retângulo polietileno com as arestas retas e sem irregularidades.
10. Referências
ALEXANDER, Charles K.; SADIKU, Matthew N.O. Fundamentos de circuitos elétricos. Porto Alegre: Bookman, 2003. 857 p.2003 ISBN 85-363-0249-6
IOVINE, John; EBRARY, Inc. PIC microcontroller project book. New York: McGraw-Hill, c2000. 203 p.
DEITEL, Harvey M.; DEITEL, Paul J. Como programar em C. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999. 486 p.1999 ISBN 85-216-1191-9
Microchip Technology Inc. Datasheet: PIC18F4550. [online]
Disponível via WWW em: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39632c.pdf. Arquivo capturado em: 6 de dezembro de 2006.Microchip Technology Inc. Datasheet: PIC12C629/675. [online]
Disponível via WWW em: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41190c.pdf. Arquivo capturado em: 6 de dezembro de 2006.Custom Computer Services Inc. Software PCWH Compiler: Ajuda. [online]
Disponível via WWW em: http://www.ccsinfo.com/product_info.php?cPath=Store&products_id=PCWH_full Arquivo capturado em: 6 de dezembro de 2006.
11. Galeria de fotos
