ETEC – DR. ADAIL NUNES DA SILVA – TAQUARITINGA
TÉCNICO EM INFORMÁTICA
GUINDASTE MAX
ARI VOLANTE
ARTHUR RAMOS DE OLIVEIRA
CLAICK ASSUNÇÃO DE OLIVEIRA
TAQUARITINGA - SP
2008
ETEC – DR. ADAIL NUNES DA SILVA – TAQUARITINGA
GUINDASTE MAX
Trabalho apresentado à área de Informática como um dos
requisitos para habilitação profissional do curso de
Técnico em Informática.
ARI VOLANTE
ARTHUR RAMOS DE OLIVEIRA
CLAICK ASSUNÇÃO DE OLIVEIRA
VALMIR HILÁRIO PUREZA
DIRETOR
LUCIANO JESUS DE BARROS
COORDENADOR
TAQUARITINGA - SP
2008
“A curiosidade é mais importante do que o conhecimento. ”
(ALBERT EINSTEIN)
Dedicamos nosso trabalho a nosso orientador Márcio R. G. Vazzi, ao
coordenador do curso de informática Luciano de Barros e também ao José
Carlos Bussadori, aos demais professores e aos nossos amigos.
A todos nosso muito obrigado!
AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente a Deus, por nos ter concedido a oportunidade de
desenvolver o projeto. Aos nossos familiares, amigos e especialmente a essa grande família
que é a ETEC-DANS, que sempre nos apoiou inteiramente na realização deste projeto.
RESUMO
O Projeto GuindasteMax tem por objetivo demonstrar o controle através de hardware e
software, de um guindaste tipo “grua universal de torre”. A automação pode ser vista através
de uma maquete, onde o usuário pode controlar os movimentos do guindaste com um
joystick. O sistema capta os dados do joystick e os comandos são enviados via porta paralela
para uma placa de circuito, também feita pelo grupo Ctrl Alt Del, acionando os motores para
movimentar o guindaste. Além disso, há uma representação gráfica do guindaste na tela do
software que se movimenta em consonância com o objeto real. Também foi adaptada uma
câmera no “carrinho” do guindaste que envia imagens para a tela do software, permitindo
assim que o controlador manipule o equipamento à distância.
SUMÁRIO
1.
2.
3.
INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 20
LEVANTAMENTO DE DADOS .................................................................................... 21
REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................................ 22
3.1
Porta paralela .................................................................................................... 22
3.1.1 Endereço da porta paralela .................................................................... 22
3.2
Porta USB ......................................................................................................... 23
3.2.1 Características técnicas ......................................................................... 24
3.3
Motor de passo .................................................................................................. 24
3.4
Relê ULN2803 .................................................................................................. 25
3.5
Linguagem Visual Basic ................................................................................... 25
3.5.1 DLL ....................................................................................................... 26
3.5.2 API ........................................................................................................ 26
4. VANTAGENS DO PROJETO ......................................................................................... 27
4.1
Reciclagem de materiais: .................................................................................. 27
4.2
Apoio pedagógico: ............................................................................................ 27
4.3
Projeto que utiliza software livre: ..................................................................... 27
5. REQUISITOS DE HARDWARE E SOFTWARE .......................................................... 29
5.1
Requisitos utilizados para o desenvolvimento do sistema ................................ 29
5.2
Requisitos Mínimos para o Funcionamento do Sistema ................................... 29
5.3
Requisitos Recomendados para o Funcionamento do Sistema ......................... 30
6. DESCRIÇÃO DE HARDWARE E MATERIAIS ........................................................... 31
6.1
Hardware ........................................................................................................... 31
6.2
Materiais ........................................................................................................... 41
7. DIAGRAMA DE BLOCO ............................................................................................... 42
8. DIAGRAMA DE CASO DE USO ................................................................................... 43
9. ESCOPO DO SISTEMA ................................................................................................. 47
10. TRANSMISSÃO/ACIONAMENTO ............................................................................... 48
10.1 Transmissão ...................................................................................................... 48
10.2 Acionamento ..................................................................................................... 49
11. REALIZAÇÃO E EXPERIMENTAÇÃO ....................................................................... 51
11.1 Prototipagem ..................................................................................................... 51
11.2 Solução Final .................................................................................................... 52
11.2.1 Placa controladora ............................................................................... 52
11.2.2 Placa dos conectores dos motores ....................................................... 53
11.3 Alimentação do Sistema ................................................................................... 54
11.4 Experimentações e Dificuldades ....................................................................... 55
12. PERSPECTIVAS FUTURAS .......................................................................................... 63
CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 64
REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 65
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Porta Paralela .......................................................................................................... 22
Figura 2 – Conector macho USB.............................................................................................. 24
Figura 3 – Funcionamento do relê ULN2803 ........................................................................... 25
Figura 4 – Cabo de rede............................................................................................................ 31
Figura 5 – Relê ULN2803 ........................................................................................................ 32
Figura 6 – Soquete com 18 pinos ............................................................................................. 32
Figura 7 – Motor de passo de 5 fios ......................................................................................... 33
Figura 8 – Motor de passo de 6 fios ......................................................................................... 33
Figura 9 – Correia dentada de impressora ................................................................................ 34
Figura 10 – Engrenagens .......................................................................................................... 34
Figura 11 – ProtoBoard ............................................................................................................ 35
Figura 12 – Cabo Paralelo ........................................................................................................ 35
Figura 13 – RJ45 Macho .......................................................................................................... 36
Figura 14 - RJ45 Fêmea ........................................................................................................... 36
Figura 15 – Joystick USB ......................................................................................................... 37
Figura 16 – Placa de fenolite .................................................................................................... 37
Figura 17 – Pote de Percloreto de Ferro ................................................................................... 38
Figura 18 – Fonte de alimentação ATX 400W......................................................................... 38
Figura 19 – Led ........................................................................................................................ 39
Figura 20 – Resistor.................................................................................................................. 39
Figura 21 – Kit de corrosão para placas de circuito ................................................................. 40
Figura 22 – Acrílico .................................................................................................................. 40
Figura 23 – Carcaça do modem ................................................................................................ 41
Figura 24 – Diagrama de Bloco ................................................................................................ 42
Figura 25 – Pinos utilizados para acionar os motores de passo................................................ 48
Figura 26 – Conectores RJ45 crimpados com a mesma seqüência dos fios ............................ 49
Figura 27 – layout da placa de circuito controladora ............................................................... 50
Figura 28 – Layout da placa com conector RJ45 fêmea do motor 1 ........................................ 50
Figura 29 - Layout da placa com conector RJ45 fêmea dos motores 2 e 3 .............................. 50
Figura 30 – Foto do layout da placa de circuito controladora .................................................. 52
Figura 31 - Foto do PCB da placa de circuito controladora ..................................................... 52
Figura 32 – Foto do PCB da placa Conectora do motor 1........................................................ 53
Figura 33 - Foto do PCB da placa Conectora dos motores 2 e 3 .............................................. 53
Figura 34 – Foto do conector da fonte ATX responsável pela alimentação da placa mãe ....... 54
Figura 35 – Chicote da fonte ATX responsável pela alimentação dos drives HD e CD-ROM 54
Figura 36 – Testes para o funcionamento dos motores de passo.............................................. 55
Figura 37 - Testando o software GuindasteMax com leds conectados a porta paralela do
computador. ...................................................................................................................... 56
Figura 38 – Acionamento do motor de passo através do software GuindasteMax. ................. 56
Figura 39 – Confecção da base. ................................................................................................ 57
Figura 40 – Confecção do braço. .............................................................................................. 57
Figura 41 – Instalação do motor um na base do Guindaste. ..................................................... 58
Figura 42 – Instalação dos motores 2 e 3 no braço do Guindaste. ........................................... 59
Figura 43 – Desenho do layout na placa de fenolite................................................................. 59
Figura 44 – Corrosão das placas de circuito. ............................................................................ 60
Figura 45 – Soldagem dos componentes na plana de fenolite. ................................................. 60
Figura 46 – Carcaça do modem com acrílico na parte superior. .............................................. 61
Figura 47 – Implantação da webcam no Guindaste. ................................................................. 61
Figura 48 – Foto do Guindaste Torre pronto. ........................................................................... 62
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Endereço da Porta paralela ...................................................................................... 22
Tabela 2 - Endereços de entrada e saída da Porta paralela ....................................................... 23
1. INTRODUÇÃO
O Projeto GuindasteMax foi desenvolvido como projeto de finalização do curso
Técnico em Informática.
Este pioneirismo começou no primeiro semestre de 2007 quando o Professor Marcio
R. G. de Vazzi trouxe muitos materiais e equipamentos pessoais às suas aulas e incentivou
seus alunos à desenvolverem pequenos projetos de robótica envolvendo a disciplina IMC –
Instalação e Manutenção de Computadores.
A partir daí criou-se o grupo “Ctrl Alt Del” e solicitou-se autorização para desenvolver
um “livro de banca” com tema voltado à automação e controle.
Este é o primeiro projeto abrangendo a área de automação e controle, inteiramente
desenvolvido por alunos da ETEC-DANS e foi construído com “sucata” de computadores, ou
seja, motores de impressora, engrenagens, cabos de energia e fontes de alimentação.
Hoje em dia a robótica está presente na nossa vida desde uma impressora até em uma
sofisticada linha de produção de carros. Os robôs são utilizados para realizar trabalhos que são
muitos pesados, perigosos para os seres humanos ou para agilizar o processo de produção.
Dessa forma, decidiu-se desenvolver um projeto de robótica, um Guindaste Torre1
controlado por um joystick2 através de um computador com o software3 desenvolvido pelo
grupo Ctrl Alt Del.
O desenvolvimento deste projeto permitiu que o grupo se integrasse em pesquisas de
diversas áreas do conhecimento tais como, física, mecânica, elétrica e eletrônica, meioambiente, programação, manutenções dentre tantas outras que deram subsídio para o
desenvolvimento, e assim forneceram conteúdos significativos para a confecção deste projeto.
Portanto, o objetivo do projeto (GuindasteMax) foi criar uma réplica do Guindaste
Torre que poderia ser operado à distância, podendo ser utilizado em áreas de risco oferecendo
segurança ao operador.
1
Guindaste Torre é um guincho utilizado para levantar diversos tipos de matérias pesado.
Joystick é um controlador de jogos (controle de vídeo game).
3
Software é um programa de computador utilizado para devidos fins.
2
2. LEVANTAMENTO DE DADOS
O grupo Ctrl Alt Del, após inúmeras pesquisas, optou por uma área do curso Técnico
em Informática muito rica em conhecimento: a área de hardware.
Dessa forma, decidiu-se fazer uma réplica de um Guindaste Torre, que é um guincho
fixado ao chão e sua altura varia de acordo com a altura da construção, utilizado em grandes
construções para levantar diversos tipos de materiais pesados.
Foram realizadas várias pesquisas sobre como funciona um guindaste, tais como: a
estrutura física (base, mastro, unidade giratória, braço, contrapeso). Essas pesquisas foram
realizadas, em sua maior parte através de pesquisa bibliográfica utilizando-se principalmente,
como fonte de pesquisa a rede Internet.
Num primeiro momento, foram realizadas pesquisas experimentais tais como: a lógica
e o funcionamento dos motores de passo4, e com isso a lógica de programação em VB (Visual
Basic 6.0) para obter seu funcionamento e controle. Depois que os motores funcionaram, foi
pesquisado como utilizar o joystick para controlar os motores. Para finalizar foi realizada a
integração entre software e hardware na elaboração do GuindasteMax e também a integração
de uma webcam5 no Projeto. Na confecção do projeto, o grupo foi auxiliado pelo Sr. Fermino
Francisco Negri que construiu a parte física (madeira).
4
Motor de passo é um tipo de motor que pode ser controlado o seu movimento em passo (graus), são facilmente
encontrado em impressoras.
5
WEBCAM é câmera que transfere imagens em tempo real para o computador.
3. REVISÃO DE LITERATURA
3.1 Porta paralela
A porta paralela é uma interface de comunicação entre o computador e um periférico.
Quando a IBM criou seu primeiro PC (Personal Computer) ou Computador Pessoal, a idéia
era conectar a essa Porta uma impressora, mas atualmente, são vários os periféricos que
utilizam-se desta Porta para enviar e receber dados para o computador (exemplos: Scanners,
Câmeras de vídeo, Unidade de disco removível e outros).
Figura 1 – Porta Paralela
(Fonte: ROGERCOM, 2008).
3.1.1 Endereço da porta paralela
A porta paralela é nomeada pelo computador como LPT1. Neste projeto foi utilizado o
endereço base da porta paralela (LPT1) em decimal (Figura 2).
Para obter o controle do primeiro e do segundo motor foi utilizado o endereço 888 e
para o terceiro motor o endereço 890 (Figura 3).
Tabela 1 - Endereço da Porta paralela
(Fonte: ROGERCOM, 2008).
Tabela 2 - Endereços de entrada e saída da Porta paralela
(Fonte: ROGERCOM, 2008).
3.2 Porta USB
USB é a sigla de Universal Serial Bus. Trata-se de uma tecnologia que tornou mais
simples e fácil a conexão de diversos tipos de aparelhos (câmeras digitais, drivers externos,
modems, mouse e teclado) ao computador, evitando o uso de um tipo específico de conector
para cada dispositivo.
Junto ao USB surgiu o padrão PnP (Plug and Play), essa tarefa tornou-se mais fácil e
diminuiu toda a complicação existente na configuração de dispositivos. O objetivo do padrão
PnP foi tornar o usuário sem experiência, capaz de instalar um novo periférico e usá-lo
imediatamente, sem complicações. Mas esse padrão ainda é complicado para alguns,
principalmente quando, por alguma razão, falha.
Com todas essas vantagens, a interface USB tornou-se o meio mais fácil de conectar
periféricos ao computador. Fabricantes logo perceberam o quanto é vantajoso usá-la e
passaram a adotá-la em seus produtos. Por tanto, o USB começou a popularizar-se. A idéia de
conectar em um único tipo de entrada diversos tipos de aparelhos também foi um fator que
ajudou o USB a conquistar o seu merecido espaço.
Além de ser "plug and play", a interface USB trouxe outra novidade: é possível
conectar e desconectar qualquer dispositivo USB com o computador ligado, sem que este
sofra danos. Além disso, não é necessário reiniciar o computador para que o aparelho
instalado possa ser usado. Basta conectá-lo devidamente e ele estará pronto para o uso.
Antigamente, existia até o risco de curtos-circuitos, se houvesse uma instalação com o
equipamento ligado.
3.2.1 Características técnicas
Os cabos USB devem ter até 5 metros de comprimento. Acima disso, o aparelho pode
não funcionar corretamente. Caso seja necessário instalar dispositivos em distâncias longas, é
recomendável o uso de hubs USB a cada cinco metros.
Quanto à velocidade, o barramento USB pode operar de 1,5 Mbps (megabits por segundo) à
12 Mbps. A velocidade mais baixa, geralmente é usada por dispositivos como mouse, teclado
e joysticks. Já velocidades mais altas, são utilizadas por equipamentos como scanners e
câmeras digitais, que precisam de alta velocidade na transmissão de dados.
Figura 2 – Conector macho USB
(Fonte: INFOWESTER, 2008).
3.3 Motor de passo
Motores de passos são dispositivos mecânicos eletro-magnéticos que podem ser
controlados digitalmente através de um hardware específico ou através de softwares.
São encontrados em aparelhos onde a precisão é um fator muito importante. Usados
em larga escala em impressoras, plotters6, scanners, drivers de disquetes, discos rígidos e
muitos outros aparelhos.
Existem vários modelos de motores de passos disponíveis no mercado que podem ser
utilizados para diversos propósitos. Pode-se utilizá-los para mover robôs, câmeras de vídeo,
brinquedos ou mesmo uma cortina.
Os motores utilizados na confecção do Guindaste Torre foram motores de passo de 5 e
6 fios, devido ser necessário somente um componente eletrônico (relê UNL28037) para
acionar um motor. Diferente do motor de passo de 4 fios que necessita de dois componentes
eletrônicos para acionar cada motor, além do relê UNL seria necessário ser utilizado um DIP8.
6
É um tipo de impressora utilizada para impressão de cartazes.
É um relê, quando acionado libera a passagem de corrente elétrica para o motor.
8
Componente eletrônico, quando acionado inverte a voltagem de positivo para negativo.
7
3.4 Relê ULN2803
O relê ULN2803 é um componente eletrônico, com seu funcionamento semelhante à
de um interruptor, quando ativado é responsável por liberar a passagem de corrente elétrica
para os motores de passo. Sendo ativado por bits da porta paralela (+5v), ao receber os bits o
relê libera a passagem de energia (-12v) para o acionamento do motor de passo.
Para maior resistência do relê, fez-se a junção de pares de pernas, dessa forma, a cada
duas pernas do relê são responsáveis por liberar a alimentação de um das 4 bobinas do motor.
Figura 3 – Funcionamento do relê ULN2803.
3.5 Linguagem Visual Basic
O Visual Basic é uma linguagem de programação produzida pela empresa Microsoft, e
é parte integrante do pacote Microsoft Visual Studio. Sua versão mais recente faz parte do
pacote Visual Studio.NET, voltada para aplicações .Net. Sua versão anterior fez parte do
Microsoft Visual Studio 6.0, ainda muito utilizado atualmente. A linguagem Basic (Beginners
All-Purpose Symbolic Instruction Code), criada por J.Kemeny e T. Kurtz em 1963 no
Dartmouth College, foi elaborada com o intuito de tornar claro o ensino dos conceitos da
programação. Como as linguagens FORTRAN e Assembly empregavam rotinas de baixo
nível para alguns controles e compilação, a linguagem Basic vinha então facilitar ao
programador sua tarefa, não precisando se preocupar com métodos e algoritmos exigidos para
construir e depurar programas.
3.5.1 DLL
Dynamic-link library (Biblioteca de ligação dinâmica) ou DLL, é a implementação
feita pela Microsoft para o conceito de bibliotecas compartilhadas nos sistemas operacionais
Microsoft Windows e OS/2. Essas bibliotecas geralmente tem as extensões DLL e OCX..
Os formatos de arquivos para DLL são os mesmos dos arquivos executáveis para
Windows. Assim como os EXEs, as DLL podem conter códigos , dados, e recursos (ícones,
fontes, cursores, entre outros) em qualquer combinação.
O propósito original das DLL é economizar espaço em disco e memória necessária
para aplicativos, armazenando-as localmente no disco rígido. Em uma biblioteca padrão nãocompartilhada, trechos de código são adicionados ao programa que faz a chamada; se dois
programas usam a mesma rotina, o código deve ser incluído em ambos. Ao contrário disso,
códigos que compartilham vários aplicativos podem ser separados em uma DLL que existe
como apenas um único arquivo, carregado apenas uma vez na memória durante o uso. Devido
ao uso extensivo de DLL, as versões iniciais do Windows puderam executar em máquinas
com menor memória.
3.5.2 API
API, de Application Programming Interface (ou Interface de Programação de
Aplicativos) é um conjunto de rotinas e padrões estabelecidos por um software para utilização
de suas funcionalidades por programas aplicativos, sendo utilizado em programas que não
envolvem-se em detalhes da implementação do software, mas utilizando seus serviços.
De modo geral, a API é composta por uma série de funções acessíveis somente por
programação, e que permitem utilizar características do software menos evidentes ao usuário
tradicional.
4. VANTAGENS DO PROJETO
São Vantagens do projeto:
4.1 Reciclagem de materiais:
•
O projeto foi elaborado com ênfase na reciclagem de materiais como motores
de impressoras antigas e engrenagens que não estavam mais sendo usados,
pedaços de madeira para a confecção do guindaste, cabos de rede e rolamento
de alternador de carro.
4.2 Apoio pedagógico:
•
O projeto pode ser utilizado como apoio pedagógico auxiliando nas aulas de
lógica de programação e na aula de hardware, onde pode-se entender melhor o
funcionamento da parte física do computador.
4.3 Projeto que utiliza software livre:
•
O software foi construído através de vários softwares livres encontrados na
internet, onde foram retiradas informações de cada um deles para a construção
do mesmo, ou seja, fez-se a reciclagem de software. Os softwares utilizados
foram:
“ENVIAR E RECEBER SINAIS DA PORTA PARALELA”, por: Julio
Henrique Becker, Data de postagem: 08/02/2004 as 22:07:51.
“TRABALHANDO COM EIXOS XYZ”, por: Julio Henrique Becker,
Data de postagem: 07/09/2004 as 14:52:09.
“JOYSTICK”, por: Julio Henrique Becker, Data de postagem:
24/10/2004 as 13:33:31.
“CAPTURAR WEBCAM”, por: LCSD, Data de postagem: 25/07/2007
as 10:33:20.
5. REQUISITOS DE HARDWARE E SOFTWARE
5.1 Requisitos utilizados para o desenvolvimento do sistema
Hardware
•
Processador de 1.7Ghz
•
256MB de memória RAM
•
80GB de espaço em HD
• Placa Mãe com Portas DB25 e USB
Software
•
Microsoft Windows XP Professional
•
Visual Basic 6.0
•
SmartDraw 7
•
Flash 8.0
•
DipFree
•
Lptmotor
•
Enviar e receber sinais da porta paralela
•
Trabalhando com eixos XYZ
•
Joystick
•
Capturar Webcam
5.2 Requisitos Mínimos para o Funcionamento do Sistema
Hardware
•
Processador 1.7 GHz
•
256MB de Memória RAM
•
10GB de espaço de HD
•
Placa Mãe com Portas DB25 e USB
Software
•
Microsoft Windows XP Professional
5.3 Requisitos Recomendados para o Funcionamento do Sistema
Hardware
•
Processador 3.0 GHz
•
512MB de Memória RAM
•
80GB de espaço de HD
•
Placa Mãe com Portas DB25 e USB
Software
•
Microsoft Windows XP Professional
6. DESCRIÇÃO DE HARDWARE E MATERIAIS
6.1 Hardware
•
3 metros de cabo de rede par trançado;
Utilizado para a transmissão da alimentação da placa de circuito para os motores de
passo. Dividiu-se o cabo em três partes de 1 metro cada, sendo cada cabo responsável
por levar a alimentação para devido motor.
Figura 4 – Cabo de rede
(Fonte: SIGACOMPUTADORES, 2008).
•
3 relês ULN 2803;
Foi utilizado 3 relês ULN2803, sendo, cada relê responsável por um motor. Sua
função é liberar a alimentação para o motor de acordo com a informação trazida pela
DB25.
Figura 5 – Relê ULN2803
(Fonte: CNICE, 2008).
•
3 soquetes para os relês;
Utilizou-se 3 soquetes, sendo um para cada relê. Soldou-se na placa de circuito e tem o
objetivo de facilitar a substituição do relê, não necessitando a utilização de solda para
essa substituição.
Figura 6 – Soquete com 18 pinos.
•
2 motores de passo de 5 fios(retirado da impressora Xor Docuprint XJ4257);
Representados pelos motores 2 e 3, sendo o, motor 2 responsável por mover o carro
para frente e para trás e o motor 3 responsável por subir e descer o cabo.
Figura 7 – Motor de passo de 5 fios.
•
1 motor de passo de 6 fios (retirado da impressora HP Deskjet 692C );
Representado pelo motor 1, sendo responsável por girar o braço do guindaste para a
direita e esquerda.
Figura 8 – Motor de passo de 6 fios.
•
2 correias dentadas(retirados das impressoras Xor Docuprint XJ4257e HP Deskjet
692C) e 1 polia de impressora (retirado da impressora Xor Docuprint XJ4257);
Utilizado para mover o carro, onde a polia foi fixada no eixo do motor 2 e a duas
pontas da correia fixada no carro.
Figura 9 – Correia dentada de impressora
(Fonte: Apostila de Robótica, 2006, p.5).
•
2 engrenagens (retirado da impressora Xor Docuprint XJ4257);
Utilizado para movimentar o braço do guindaste, visando maior precisão dos
movimentos, onde o pinhão foi fixado no eixo do motor 1 e a coroa fixada no braço.
Figura 10 – Engrenagens
(Fonte: Apostila de Robótica, 2006, p.5).
•
ProtoBoard9;
Através da protoboard foram feitos vários testes com o relês para o acionamento dos
motores, após o resultado desejado com a protoboard, desenvolveu-se a placa de
circuito.
Figura 11 – ProtoBoard
(Fonte: CELERITOUS, 2008).
•
1 cabo paralelo;
Utilizado para transmitir os dados na porta paralela para a placa de circuito.
Figura 12 – Cabo Paralelo
(Fonte: BLITZPAPELARIA, 2008).
9
Protoboard – utilizada para realizar testes com componentes eletrônicos.
•
6 conectores RJ45 macho;
Utilizado na crimpagem do cabo de rede par transado, visando facilitar a instalação
dos cabos na placa de circuito e no guindaste.
Figura 13 – RJ45 Macho
(Fonte: NANOSATELITE, 2008).
•
6 conectores RJ45 fêmea;
Foram implantados três conectores na placa de circuito e os demais no guindaste,
visando facilitar a instalação dos cabos.
Figura 14 - RJ45 Fêmea.
•
1 joystick com eixos X, Y e Z.
È necessário utilizar um joystick com 3 eixos no mínimo, devido a cara eixo do
joystick ser responsável por devido movimento no guindaste.
Figura 15 – Joystick USB.
•
1 placa de fenolite 30 x 15cm.
Placa de cobre virgem, utilizada para a confecção da placa controladora, foi desenhado
o layout do circuito na parte de cobre e logo após foi feita a sua corrosão.
Figura 16 – Placa de fenolite
(Fonte: ECCEL, 2008).
•
200g de Percloreto de ferro:
Sal percloreto de ferro ou cloreto de ferro III, utilizado para corroer placas de fenolite.
Figura 17 – Pote de Percloreto de Ferro
(Fonte: COLITEC, 2008).
•
1 Fonte de alimentação 12V ATX 400W.
Utilizada devido os motores de passo necessitarem de alimentação e 12v.
Figura 18 – Fonte de alimentação ATX 400W
(Fonte: MEGA-INFOR, 2008).
•
1 Led.
Foi implantado na placa controladora para indicar que a placa está ativada.
Figura 19 – Led
(Fonte: CYBERCONDUCTOR, 2008).
•
1 Resistor (cinza, vermelho, marrom e ouro).
Tem a função de reduzir a voltagem da fonte de alimentação de 12volts para 3volts,
assim acionando o led na placa controladora sem queimá-lo.
Figura 20 – Resistor.
•
1 Kit para corrosão.
Contem ferramentas utilizadas para a corrosão de placas de fenolite e para a soldagem
de componentes eletrônicos na mesma.
Figura 21 – Kit de corrosão para placas de circuito
(Fonte: REIDOSOM, 2008).
•
Retalho de acrílico.
Implantado na carcaça do modem, permitindo a visualização da placa controladora.
Figura 22 – Acrílico
(Fonte: COMERCIOINDUSTRIAL, 2008).
•
Carcaça do Modem:
A placa controladora foi implantada dentro da carcaça do modem, visando à proteção
do mesmo.
Figura 23 – Carcaça do modem
(Fonte: MULTIREDES, 2008).
•
1 computador 1.7GHz, 256 MB de RAM, HD 80GB, placa mãe MX800(USB e
DB15).
6.2 Materiais
•
1 x 0,30m de madeira comprensada;
•
Retalhos de madeira diversos;
•
1 rolamento de alternador de carro;
•
1m de cordonê;
•
Demais materiais de carpintaria.
7. DIAGRAMA DE BLOCO
Figura 24 – Diagrama de Bloco
8. DIAGRAMA DE CASO DE USO
Objetivo
Ator
Selecionar Controle
Selecionar o controle para controlar o guindaste
Operador
Cenário Principal
1. O software procura se possuem algum controle(joystick) presente na máquina.
2. O operador seleciona o controle desejado.
Cenário Alternativo
1. Não há nenhum controle(joystick) presente na máquina.
Objetivo
Ator
Calibrar
Liberar os motores para qualquer ajuste manual no guindaste.
Operador
Cenário Principal
1. O operador seleciona o comando “Calibrar” no software.
2. O software manda a ação para o guindaste.
Objetivo
Ator
Ativar WEBCAM
Ativar a imagem da WEBCAM.
Operador
Cenário Principal
1. O operador seleciona o comando “Ativar WEBCAM” no software.
2. O software liga a WEBCAM.
Cenário Alternativo
1. Não há nenhuma WEBCAM presente na maquina.
Objetivo
Ator
Mover para direita
Mover o braço do guindaste para a direita.
Operador
Cenário Principal
1. O operador move o joystick para a direita.
2. O software recebe a ação.
3. O software envia a ação para o guindaste.
4. O guindaste faz a ação.
Cenário Alternativo
4. O Guindaste esta inoperante.
Objetivo
Ator
Mover para esquerda
Mover o braço do guindaste para a esquerda.
Operador
Cenário Principal
1. O operador move o joystick para a esquerda.
2. O software recebe a ação.
3. O software envia a ação para o guindaste.
4. O guindaste faz a ação.
Cenário Alternativo
4. O Guindaste esta inoperante.
Objetivo
Ator
Mover carro para frente
Mover o “carro” do guindaste para frente.
Operador
Cenário Principal
1. O operador move o joystick para frente.
2. O software recebe a ação.
3. O software envia a ação para o guindaste.
4. O guindaste faz a ação.
Cenário Alternativo
4. O Guindaste esta inoperante.
Objetivo
Ator
Mover carro para trás
Mover o “carro” do guindaste para trás.
Operador
Cenário Principal
1. O operador move o joystick para trás.
2. O software recebe a ação.
3. O software envia a ação para o guindaste.
4. O guindaste faz a ação.
Cenário Alternativo
4. O Guindaste esta inoperante.
Objetivo
Ator
Descer cabo
Descer o cabo do guindaste.
Operador
Cenário Principal
1. O operador move o segundo eixo do joystick para frente.
2. O software recebe a ação.
3. O software envia a ação para o guindaste.
4. O guindaste faz a ação.
Cenário Alternativo
4. O Guindaste esta inoperante.
Objetivo
Ator
Subir cabo
Subir o cabo do guindaste.
Operador
Cenário Principal
1. O operador move o segundo eixo do joystick para trás.
2. O software recebe a ação.
3. O software envia a ação para o guindaste.
4. O guindaste faz a ação.
Cenário Alternativo
4. O Guindaste esta inoperante.
9. ESCOPO DO SISTEMA
O sistema é baseado no escopo de malha aberta, não contendo nenhum tipo de sensor
para ler qualquer tipo de alteração desempenhada pelo hardware.
•
Hardware:
Primeiramente para o bom funcionamento do guindaste é preciso verificar alguns
itens,como por exemplo os cabos referentes ao funcionamento do guindaste estão
devidamente conectados no computador. É necessário verificar também se os cabos que ligam
a placa controladora aos motores estão conectadas, alimentação de eletricidade dos motores
está correta e ativa.
Em seguida,deve-se posicionar o braço do guindaste referente a marca na base do
guindaste.
•
Software:
Ao iniciar o software deve-se selecionar em uma combobox10 o controle que esteja
conectado no computador. Após deve-se iniciar a webcam e verificar-se o software estará
pronto para ser utilizado.
10
É uma caixa onde pode-se selecionar opções (joystick que esteja conectado).
10. TRANSMISSÃO/ACIONAMENTO
10.1 Transmissão
Para a transmissão dos sinais do computador para a placa de circuito foi utilizado um
cabo paralelo conforme a (Figura 25), onde o conector fêmea foi retirado e soldou-se os fios
do cabo paralelo diretamente na placa controladora. Os fios soldados correspondem aos pinos
do conector macho do cabo paralelo.
Figura 25 – Pinos utilizados para acionar os motores de passo
Para a transmissão dos sinais da placa controladora para os motores de passo foi
utilizado cabo de rede par trançado, onde a crimpagem dos cabos par trançado devem seguir o
mesmos padrões nas duas pontas.
Figura 26 – Conectores RJ45 crimpados com a mesma seqüência dos fios
(Fonte: MARCELO.ESPINDOLA.GOOGLEPAGES, 2008).
10.2 Acionamento
•
Placa de Circuito:
Após obtemos os resultados desejados com a protoboard, iniciou-se o
desenvolvimento da placa de circuito, onde sua função é liberar a alimentação para os
motores de acordo com as informações do software, sendo envidas para a placa de
circuito via DB25.
Na placa de circuito há a entrada constate de 12Volts positivo e negativo, a
voltagem positiva(+12V) é ligada diretamente aos motores e a negativa somente é
liberada através ULN2803 que autoriza a passagem de voltagem negativa em
consonância com os bits enviados através da DB25.
Figura 27 – layout da placa de circuito controladora.
Para implantação do conector RJ45 fêmea no guindaste confeccionou-se as placas de
circuito, conforme as (Figuras 28) e (Figura 29). Com a função facilitar a instalação dos cabos
que alimentam os motores.
Figura 28 – Layout da placa com conector RJ45 fêmea do motor 1.
Figura 29 - Layout da placa com conector RJ45 fêmea dos motores 2 e 3.
11. REALIZAÇÃO E EXPERIMENTAÇÃO
11.1 Prototipagem
A prototipagem foi dividida em 4 partes:
Com o software Lptmotor11 iniciou-se o teste para o funcionamento dos motores de
passo utilizados, que por sua vez, estavam ligados à reles(ULN2803) em uma protoboard
conectada a porta paralela do computador.
Na confecção do software foram utilizados leds ligados em uma protoboard que por
sua vez, estava conectada à porta paralela do computador. Assim, de acordo com os comandos
impostos pelo operador, poderia ser visualizado o funcionamento do software GuindasteMax
que enviaria bits para determinados pinos da porta paralela acendendo por fim os leds.
Com o software pronto passou-se para a parte do funcionamento dos motores
controlado pelo software GuindasteMax, ou seja, a integração entre software e o hardware.
Após as três etapas anteriores, ainda foi implantada um webcam no Guindaste, onde
pode se visualizado o posicionamento do gancho através do próprio software.
11
Lptmotor – Programa utilizado para acionar os motores de passo. Pode ser encontrado no site
www.rogercom.com.
11.2 Solução Final
11.2.1 Placa controladora
Layout da placa de circuito após o termino de sua confecção. Pode-se visualizar a
solda para a fixação dos componentes na placa e as trilha responsável pelo trafico de energia
da mesma.
Figura 30 – Foto do layout da placa de circuito controladora.
Parte superior da placa controlado mostrando todos os componentes utilizados.
Figura 31 - Foto do PCB da placa de circuito controladora.
11.2.2 Placa dos conectores dos motores
Conforme a (Figura 32) e a (Figura 33) mostram a parte superior das placas
conectoras dos motores. Onde pode ser visualizados os conectores RJ45 fêmea e os
fios que transmitem a alimentação para os motores.
Figura 32 – Foto do PCB da placa Conectora do motor 1.
Figura 33 - Foto do PCB da placa Conectora dos motores 2 e 3.
11.3 Alimentação do Sistema
Para fornecer a alimentação dos motores de passo e a placa controladora utilizou-se
uma fonte ATX12 de computador de 400 watts. Para acioná-la fechou-se um curto entre o fio
de cor verde e qualquer fio de cor preta.
Figura 34 – Foto do conector da fonte ATX responsável pela alimentação da placa mãe
(Fonte: INFOWESTER, 2008).
Para alimentar os motores com corrente contínua, utilizou-se os fios de cores amarelo
(+12v) e preto (-12v). Na placa controladora foi utilizada essa mesma voltagem para acionar o
led, com exceção dos relês que foi somente utilizado o fio preto (-12v) para que pudesse ser
acionado os motores de passo.
Figura 35 – Chicote da fonte ATX responsável pela alimentação dos drives HD e CD-ROM
(Fonte: INFOWESTER, 2008).
12
O padrão ATX (Advanced Technology Extended), permite o desligamento do computador pelo sistema
operacional.
11.4 Experimentações e Dificuldades
Após a retirada dos motores de passo das impressoras, começou-se a realizar pesquisas
sobre o funcionamento dos motores. Utilizou-se o software Lptmotor juntamente com a
protoboard e os reles (ULN2803). Não contendo os datasheet13 dos motores foi utilizado um
multímetro para encontrar as bobinas deles, através de testes de tentativa e erro, a fim de
encontrar o fio positivo e a seqüência correta das bobinas, para o funcionamento do mesmo.
Figura 36 – Testes para o funcionamento dos motores de passo.
Com os motores funcionando corretamente, iniciram-se pesquisas sobre a linguagem
de programação em Visual Basic 6.0, a fim de desenvolver um software para o controle dos
motores de passo. Através do site “vbmania” foram encontrados quatro softwares, onde cada
um deles auxiliou em diversas partes do desenvolvimento do software GuindasteMax.
Para o teste do Software GuindasteMax utilizou-se leds em um protoboard conectado a
porta paralela do computador, visualizando-se o funcionamento do software através dos
comandos impostos pelo operador por meio de um joystick, optou-se pelo uso de um joystick,
devido a semelhança do joystick com os controles utilizados para operar os guindastes reais.
13
Datasheet (significa folha de dados) é um termo técnico usado para identificar um documento relativo a um
determinado produto.
Figura 37 - Testando o software GuindasteMax com leds conectados a porta paralela do computador.
Com o Software GuindasteMax finalizado, testou-se o funcionamento dos motores de
passo através do próprio software, ou seja, a integração entre software e hardware.
Figura 38 – Acionamento do motor de passo através do software GuindasteMax.
Após a integração entre software e hardware, passou-se para a parte de confecção do
protótipo, tendo como inicio a elaboração da base.
Em todas as fases foi utilizada madeira para a confecção do mesmo.
Figura 39 – Confecção da base.
Logo em seguida, passou-se para a parte de confecção do braço do Guindaste.
Figura 40 – Confecção do braço.
Com o término da confecção da base e do braço, anexou-se as duas partes e logo após
instalou-se o motor 1 em sua base, onde é responsável pelo giro do braço do Guindaste.
Figura 41 – Instalação do motor um na base do Guindaste.
Com o motor 1 instalado na base e funcionando corretamente, partiu-se para a
instalação dos motores 2 e 3 na parte de trás do
braço, sendo responsáveis pelo
14
posicionamento do carro (M2) e o outro pela altura do gancho15 (M3).
A maior dificuldade foi em relação ao Motor 2, que seria responsável por mover o
carro. A dificuldade estava no tipo de material (cordonê) usado para realizar a interação entre
o movimento do motor que por sua vez, proporcionava o movimento do carro. Só foi possível
ter sucesso no funcionamento após a substituição do cordonê pela correia dentada retirada das
impressoras.
14
15
Responsável por posicionar o gancho para frente e para trás (Figura 42).
Responsável por posicionar a altura do gancho (Figura 42).
Figura 42 – Instalação dos motores 2 e 3 no braço do Guindaste.
Todos os experimentos feitos anteriormente foram realizados com o uso de uma
protoboard. Após o funcionamento do hardware e software, partiu-se para a confecção da
placa de circuito, onde o layout da placa de circuito foi desenvolvido utilizando-se o software
DipDrace16. Com o layout ponto, transferiu-se manualmente o desenho para a placa de
fenolite.
Figura 43 – Desenho do layout na placa de fenolite.
16
Software utilizado para o desenvolvimento de layout de placa de circuito. Pode ser encontrado em diversos
site de downloads.
Com o layout fixado na placa de fenolite e cortado o excesso da placa, corroeu-se a
placa de circuito utilizando-se o sal percloreto de ferro17.
Figura 44 – Corrosão das placas de circuito.
Após a corrosão da placa de circuito, soldou-se a ela os componentes (reles ULN
2803, RJ45 fêmea, led, resistor e os fios do cabo paralelo).
Figura 45 – Soldagem dos componentes na plana de fenolite.
17
Percloreto de ferro ou cloreto de ferro III de formula química FeCL3, em solução em água é utilizado na
corrosão de placas para a preparação de circuitos impressos.
Utilizando uma carcaça de modem, substituiu-se a parte superior por uma retalio de
acrílico permitindo a visualização da placa, após, inseriu-se a placa controladora na carcaça
do modem para a proteção do mesmo.
Figura 46 – Carcaça do modem com acrílico na parte superior.
Após o término da confecção do Guindaste com os três motores funcionando
corretamente, implantou-se uma webcam que permite visualizar o posicionamento do gancho.
Figura 47 – Implantação da webcam no Guindaste.
Solução final do projeto GuindasteMax, onde pode ser visualizado todo o hardware do
projeto.
Braço
Carro
Gancho
Figura 48 – Foto do Guindaste Torre pronto.
12. PERSPECTIVAS FUTURAS
Para o aperfeiçoamento deste projeto pode-se alterar alguns componentes, tanto na
área de Software como também no Hardware.
•
Software:
•
18
Acionamento e controle do guindaste através de comandos de voz.
Hardware:
Sistema Wi-Fi para o controle a distância.
Instalação de caixa de redução18 nos motores.
Conjunto de engrenagens para redução de velocidade e aumento de força.
CONCLUSÃO
A realização deste projeto trouxe não somente ganhos em termos de conhecimento
científico como também proporcionou uma grande interação pessoal no grupo que o realizou.
Na área de conhecimento foi possível a realização de pesquisas em diversas áreas, como
hardware, software, eletro-eletrônica e automação, possibilitando a interdisciplinaridade entre
elas. Utilizando-se de componentes reciclados, o projeto trouxe à tona a possibilidade de
conservação do meio ambiente, já que mostra que utilizando-se das ferramentas apropriadas e
conhecimento adequado pode-se construir e reconstruir objetos sem degradar o ambiente em
que se vive. Concluí-se, dessa forma, que a realização desse projeto não somente enriqueceu o
conhecimento do grupo para o momento, mas pode proporcionar o auxílio em projetos
futuros, com fins pedagógicos e acadêmicos auxiliando nas aulas de lógicas de programação
proporcionando aos alunos uma nova maneira de desenvolver o raciocínio lógico e também
para trabalhos de nível superior, o projeto também pode ser inserido no mercado para fins
lucrativos onde poderia ser utilizado em um guindaste real possibilitando a sua operação a
distância, podendo ser utilizado em áreas de risco oferecendo segurança ao operador.
REFERÊNCIAS
Hardware
(transmissão,
acionamento
e
controle).
Disponível
em
<http://www.rogercom.com>. Acesso em 12 de maio de 2007.
Imagens Diversas (pesquisadas de acordo com o seu nome). Disponível em <
http://images.google.com.br/imghp?hl=pt-BR&tab=wi>. Acesso em 4 de abril de 2008.
Outros (DLL, API, USB, Fonte de Alimentação, Linguagem Visual Basic6.0). Disponível em
<http://www.wikipedia.com>. Acesso em 1 de fevereiro de 2008.
Software
(Entrada
e
saída
das
portas
DB25
e
<http://www.vbmania.com.br>. Acesso em 20 de junho de 2007.
USB).
Disponível
em