NIP – Universidade Paulista

Engenharia - Ciclo BásicoAPS – Projeto Carrinho Elétrico2º semestre /2013

Alan Caruso (Engenharia de Produção)

B933363-1

Alex Mendes Soares (Engenharia Produção)

B945CA-7

Diego Fernandes da Silva (Engenharia de Produção)

B885GF-4

Douglas Cavalcante da Silva (Engenharia de Produção)

B923JF-5

Página 1

SUMÁRIO

1.

INTRODUÇÃO..................................................................................... 03

2.

OBJETIVO........................................................................................... 03

3.

METODOLOGIA.................................................................................. 03

4.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................... 06

5.

ETAPAS DE CONSTRUÇÃO DO VEÍCULO...................................... 085.1. Imagens construção do carrinho....................................................... 085.2. Código fonte da programação do Arduino........................................ 16

6.

MATERIAL UTILIZADO EM CUSTO UNITÁRIO .............................. 20

7.

CONCLUSÃO..................................................................................... 21

8.

REFERÊNCIAS................................................................................... 22

Página 2

1 – INTRODUÇÃO

Com um grupo formado de 10 (dez) integrantes regularmente matriculadosno curso superior de engenharia e utilizando de conhecimentos obtidos de naturezavivida e ao longo do curso, foi projetado um carro movido a energiaelétricaproveniente de pilhas. Seu controle de velocidade e direção foi feito por umprocessador

ATmega

Arduino

e

um

controle

remoto

como

interface

homem/máquina. Seu chassi feito de alumínio 1040, movimentados por 2 (dois)motores de passo 12V de 1kg de força. Na direção, utilizou-se de uma barra dedireção de cobre para a movimentação dos pneus e para a tração, um eixo compolia, polia que recebe um sistema de polias (1:1) provenientes do motor ao eixo queusa uma correia de borracha como forma de transmissão de movimento. Assim, foipossível desempenhar a cada indivíduo uma função, deste modo o grupo podeavançar com o projeto até sua fase de conclusão.

2 – OBJETIVO

Projetar e construir um protótipo de carro movido a energia elétrica(baterias ou pilhas), com controle remoto (com ou sem fio) para direcioná-lo,fazendo-o percorrer uma pista de dimensões e percurso pré-estabelecidos.

3 – METODOLOGIA

Ao adquirir uma chapa de alumínio de 0.5mm de espessura, foi feito o corteda mesma para a obtenção do chassi do carrinho. Corte feito através de umdesenho com medidas feito a partir de reuniões do grupo com a participação deseus integrantes.Após a obtenção do chassi, o próximo passo foi a aquisição dos 4 (quatro)

pneus, doado por um dos integrantes do grupo que já tinha feito em uma de suasaulas de usinagem durante seus estudos, pneus feitos de plástico com ranhuraspara evitar ao máximo que ele deslize sobre o terreno e aproveitar ao máximo suaPágina 3

aderência ao solo. Para a fixação das rodas no sistema de direção, na partedianteira do veículo, foi usado arrebites e acessórios diversos para formar oconjuntos que irá ser fixado no sistema de movimentação das rodas. Ainda na partedianteira do carrinho, foi utilizado da sobre de material do chassi para poder fazer osuporte para ambos os motores, localizados um em cada ponta do carrinho. A chapafoi dobrada e a furação foi feita utilizando como gabarito, o próprio motor para poderdemarcar os pontos para a furação e fixação do mesmo e um furo auto centrante poronde passa o eixo do motor. Para fixar o motor traseiro, foi usado uma tira dealumínio com 0.2 mm de espessura e dois parafusos tamanho M4 que “abração” omotor para ele não sair de sua posição, deste modo, ambos os motores ficampresos sem que haja algum problema.As polias do motor traseiro, que empurra o carrinho, foram retiradas de umantigo aparelho Vídeo Cacete, que foi cedido por um dos integrantes que tinha emsua residência tal aparelho, na qual não havia serventia, na qual cada uma foiacoplada em um eixo. Uma no eixo do motor e outra no eixo dos pneus traseiros,desse modo, usou-se uma correia de borracha bem pequena para ela esticar omáximo que der, assim o circuito irá funcionar de uma maneira mais suave e eficaz.Correia usada para poder fazer a transmissão de movimento entre os eixos.O eixo traseiro de 120 mm de comprimento, usinado por outro integrante jáexperiente no assunto, é preso na parte debaixo do carrinho e é segurado por umafolha de alumínio dobrada de forma que abrace o eixo e logo em seguida coladacom Durepox para que não solte durante ofuncionamento do carrinho.O motor da frente, responsável pela direção foi preso de modo que ao dar ocomando para que efetue o movimento para mudar de direção, ele posso mover osdois pneus de um jeito simétrico. O eixo do sistema de direção é feito de duas partescobre, soldados com estanho, para que a peça que é encaixada no eixo do motorpossa movimentar o eixo da direção e assim poder ter o movimento desejável.Para que tudo isso possa funcionar de acordo com o objetivo do projeto,utilizamos de um controlador da ATmega, o Arduino UNO r3. Com essa placa e mais2 (dois) drivers de controle, conseguimos controlar os motores de forma que atendaa necessidade imposta.O controlador necessita de 5V para seu funcionamento e os motores de 12V,então usa-se 2 box de pilhas. Um box com 4 pilhas recarregáveis de 1.2V cada paraPágina 4

a alimentação da placa, e um outro com 11 (onze) pilhas, totalizando 12V dealimentação. Com isso o sistema consegue fluir sem necessidade de alimentaçãoexterna. Caso a bateria acabe, foi feito um plugue para recarregar as pilhas, quandonecessário.Para o funcionamento dos motores, além do controlador, foi utilizado 2 (dois)drivers ULN2003A com capacidade máxima de corrente de 500mA cada um. Osdrivers foram utilizados, pois o controlador não gera corrente suficiente de 160mApara a alimentação de cada motor, então utilizando eles, conseguimos fazer osmotores rodarem de forma correta.Para tudo isso poder funcionar de acordo com o esperado, após a montagemde todo o carrinho passo a passo, é necessário ser feita a programação do Arduino,emlinguagem C, para assim poder fazer possíveis ajustes quando necessário atéque tudo flua de acordo com o objetivo final.Após a programação, o dispositivo de interface entre o usuário do carrinho e ocarrinho propriamente dito, foi um controle remoto adaptado trabalhado em cima deum material plástico, na qual foi desenhado um controle com 4(quatro) furosredondos e um de forma retangular. Os furos redondos, neles foram inseridosbotões Push Button, dois para o lado direito e esquerdo e 2 para frente e para trás.O controle é ligado ao carrinho por fios pretos e vermelhos, ligados diretamente aplaca do Arduino, para que nele possa ser feito o reconhecimento do sinal, sercodificado e repassado para os motores. No furo retangular foi colocado um botãoOn/Off para poder controlar o Liga/Desliga do carrinho.Para simbolizar quando o carrinho estará ligado ou não, ao pressionar paraligar o carrinho, 2 Leds amarelo ascenderam na parte dianteira do carrinho. Ledsligados no terminal de saída 5V que o próprio Arduino possui. Com isso, podemosobservar quando o carrinho estará em funcionamento.

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4 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA“Protótipo de carro movido a energia elétrica”“ No Brasil: Itaipu e o ProjetoO Projeto VE1 consiste no desenvolvimento e pesquisa de veículos movidos aenergia elétrica. Sediado em Itaipu, é composto por três grupos de trabalho para odesenvolvimento do Fiat Palio Weekend Elétrico (carro para uso urbano), DailyElétrico (caminhão elétrico para pequenas cargas) e Granmini Elétrico (mini-ônibuselétrico).

Nissan Leaf operando como taxicarregando em umeletroposto da Petrobras no Riode Janeiro.A iniciativa teve início com a assinatura de um acordo internacional de cooperaçãotécnica firmado pela Itaipu e pela Kraftwerke Oberhasli (KWO), controladora dehidrelétricas suíças em 15 maio de 2006. Desde então, reúne parcerias com amontadora Fiat, além de empresas de tecnologia, concessionárias de energiaelétrica e instituições de pesquisa do Brasil, Paraguai e Suíça.Utilizando a energia limpa e renovável de usinas hidrelétricas, o VE não emitepoluentes. Por isso, pode ser considerado 100% ecológico, com forte compromissoambiental, em consonância com a missão institucional da Itaipu, que é gerar energiaelétrica de qualidade, com responsabilidade social e ambiental, impulsionando odesenvolvimento econômico, turístico e tecnológico, sustentável, no Brasil eParaguai.No campo acadêmico, o projeto possibilita o intercâmbio de informações econhecimentos entre institutos de pesquisas e universidades brasileiras, paraguaiase européias, que agem como catalisadores para o desenvolvimento desta novatecnologia. Além disso, o projeto VE proporciona a capacitação de profissionais egeração de emprego e renda.Em 11 de Junho de 2012 a cidade de São Paulo recebeu os dois primeiros táxiselétricos do Brasil. Trata-se do modelo Leaf da Nissan. Estes estão disponíveis parapassageiros, sem tarifa diferenciada, no cruzamento da Av. Paulista com a Rua daConsolação. Até o final de 2012 serão dez táxis elétricos neste ponto. Antes destaPágina 6

iniciativa veículos elétricos já poderiam ser vistos na Universidade deSão Paulo. AUSP recebeu a doação de quinze Scooters elétricas que estão distribuídas pelosCampi da Universidade.Dentre as Universidades brasileiras a USP é a mais envolvida no tema. Além do usode Scooters elétricas para o patrulhamento nos campi, a Universidade de São Pauloestá implementando um eletroposto de carga lenta para carros elétricos. Ademais,também existe um estudo acadêmico patrocinado pelo CNPq (Conselho Nacional deDesenvolvimento Científico e Tecnológico) conduzido por professores da Faculdadede Economia, Administração e Contabilidade da USP (FEA-USP), sobre impactossocioeconômicos e sobre as perspectivas de modelos de negócios para o VeículoElétrico na região da grande São Paulo. “Fonte : http://pt.wikipedia.org/wiki/Ve%C3%ADculo_el%C3%A9trico

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5 – ETAPAS DE CONSTRUÇÃO DO VEÍCULO5.1 Imagens construção do carrinho.

(montagem pneus)

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(polia eixo traseiro)

(roda dianteira esquerda completa)

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(chassi desenhado no alumínio para o corte)

(parte dianteira e traseira e sistema de direção completos)

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(carrinho finalizado em sua parte mecânica)

(vista superior carrinho completo sem motores)

(conjunto barra do sistema de direção soldado)Página 11

(peças conjunto da barra de direção)

(suporte motor dianteiro)

(suporte eixo da tração traseira sendo colado no chassi)Página 12

(motor de passo unipolar 12V)

(eixo traseiro e suporte do mesmo)

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(chassi usinado e pronto para a montagem mecânica)

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(teste da programação no carrinho)

(projetofinalizado)

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5.2 Código fonte da programação do Arduinoint motor1Pin1 = 2;int motor1Pin2 = 3;int motor1Pin3 = 4;int motor1Pin4 = 5;int button1Pin1 = 6;int button1Pin2 = 7;int motor2Pin1 = 8;int motor2Pin2 = 9;int motor2Pin3 = 10;int motor2Pin4 = 11;int button2Pin1 = 13;int button2Pin2 = 12;int delayTime = 10;int val1 = 0;int val2 = 0;int val3 = 0;int val4 = 0;int abs_axis = 200;int left_axis = 0;int right_axis = 0;int MAX_LEFT = 100;int MAX_RIGHT = 100;void setup() {pinMode(motor1Pin1, OUTPUT);pinMode(motor1Pin2, OUTPUT);pinMode(motor1Pin3, OUTPUT);pinMode(motor1Pin4, OUTPUT);pinMode(button1Pin1, INPUT_PULLUP);// utiliza pull ups interno s do CIpinMode(button1Pin2, INPUT_PULLUP);pinMode(motor2Pin1, OUTPUT);pinMode(motor2Pin2, OUTPUT);pinMode(motor2Pin3, OUTPUT);pinMode(motor2Pin4, OUTPUT);pinMode(button2Pin1, INPUT_PULLUP);// utiliza pull ups interno s do CIpinMode(button2Pin2, INPUT_PULLUP);}void loop(){int val1 = 0;Página 16

int val2 = 0;val1 = digitalRead(button1Pin1);val2 = digitalRead(button1Pin2);val3 = digitalRead(button2Pin1);val4 = digitalRead(button2Pin2);

////////

valor digital na entradavalor digital na entradavalor digital na entradavalor digital na entrada

if(val1 == 0){digitalWrite(motor1Pin1, HIGH);digitalWrite(motor1Pin2, LOW);digitalWrite(motor1Pin3, LOW);digitalWrite(motor1Pin4, LOW);delay(delayTime);digitalWrite(motor1Pin1, LOW);digitalWrite(motor1Pin2, HIGH);digitalWrite(motor1Pin3, LOW);digitalWrite(motor1Pin4, LOW);delay(delayTime);digitalWrite(motor1Pin1, LOW);digitalWrite(motor1Pin2, LOW);digitalWrite(motor1Pin3, HIGH);digitalWrite(motor1Pin4, LOW);delay(delayTime);digitalWrite(motor1Pin1, LOW);digitalWrite(motor1Pin2, LOW);digitalWrite(motor1Pin3, LOW);digitalWrite(motor1Pin4, HIGH);delay(delayTime);}if(val2 == 0){digitalWrite(motor1Pin1, LOW);digitalWrite(motor1Pin2, LOW);digitalWrite(motor1Pin3, LOW);digitalWrite(motor1Pin4, HIGH);delay(delayTime);

digitalWrite(motor1Pin1, LOW);digitalWrite(motor1Pin2, LOW);digitalWrite(motor1Pin3, HIGH);digitalWrite(motor1Pin4, LOW);delay(delayTime);digitalWrite(motor1Pin1, LOW);digitalWrite(motor1Pin2, HIGH);Página 17

digitalWrite(motor1Pin3, LOW);digitalWrite(motor1Pin4, LOW);delay(delayTime);digitalWrite(motor1Pin1, HIGH);digitalWrite(motor1Pin2, LOW);digitalWrite(motor1Pin3, LOW);digitalWrite(motor1Pin4, LOW);delay(delayTime);}if(val3 == 0){if(left_axis != MAX_LEFT){digitalWrite(motor2Pin1, HIGH);digitalWrite(motor2Pin2, LOW);digitalWrite(motor2Pin3, LOW);digitalWrite(motor2Pin4, LOW);delay(delayTime);digitalWrite(motor2Pin1, LOW);digitalWrite(motor2Pin2, HIGH);digitalWrite(motor2Pin3, LOW);digitalWrite(motor2Pin4, LOW);delay(delayTime);digitalWrite(motor2Pin1, LOW);digitalWrite(motor2Pin2, LOW);digitalWrite(motor2Pin3, HIGH);digitalWrite(motor2Pin4, LOW);delay(delayTime);digitalWrite(motor2Pin1, LOW);digitalWrite(motor2Pin2, LOW);digitalWrite(motor2Pin3, LOW);digitalWrite(motor2Pin4, HIGH);delay(delayTime);left_axis = left_axis + 1;right_axis =right_axis - 1;}}if(val4 ==0){if(right_axis!= MAX_RIGHT)Página 18

{digitalWrite(motor2Pin1, LOW);digitalWrite(motor2Pin2, LOW);digitalWrite(motor2Pin3, LOW);digitalWrite(motor2Pin4, HIGH);delay(delayTime);digitalWrite(motor2Pin1, LOW);digitalWrite(motor2Pin2, LOW);digitalWrite(motor2Pin3, HIGH);digitalWrite(motor2Pin4, LOW);delay(delayTime);digitalWrite(motor2Pin1, LOW);digitalWrite(motor2Pin2, HIGH);digitalWrite(motor2Pin3, LOW);digitalWrite(motor2Pin4, LOW);delay(delayTime);digitalWrite(motor2Pin1, HIGH);digitalWrite(motor2Pin2, LOW);digitalWrite(motor2Pin3, LOW);digitalWrite(motor2Pin4, LOW);delay(delayTime);right_axis = right_axis + 1;left_axis = left_axis - 1;}}}Resumindo: Ao pressionar um botão, o carrinho anda para frente, ao pressionaro outro, ele vai para trás e se não pressionar nada, ele não se move. Aopressionar um dos outros dois botões, a direção vai para o lado esquerdo, e ooutro botão faz virar para o lado direito, ao soltar ele para onde esta.

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6 – MATERIAL UTILIZADO E CUSTO UNITÁRIO (R$)

Qntde. (un)

Material utilizado

Valor

1

Chapa de alumínio

R$ 20,00

2

Motores de passo unipolar 12V – 0.16A

R$ 50,00

2

Drivers ULN 2003A

R$ 4,00

1

Placa controladora Arduino UNO r3

R$ 45,00

1

Placa virgem para soldagem

R$ 7,00

4

Botões Push Botton

R$ 1,50

-

Cabeamento de fio preto e vermelho 24 AWG

-

15

Pilhas recarregáveis 1,2V

-

-

Fitas hellermann

-

2

Diodos emissores de luz amarela 0.5 mm

4Espaçadores de placa PCI

2

Conectores MTA macho 6 vias

R$ 0,60

2

Conectores MTA fêmea 6 vias

R$ 0,60

-

Pedaço de plástico fino 20x10

-

R$ 1,00-

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7 – CONCLUSÃOApós dias de montagem, programação e reuniões, o projeto tomou forma esaiu do papel como o esperado e atingindo o objetivo final que é a suamovimentação. Concluímos que tal projeto foi suficiente para podermos estarcolocando em prática os conhecimentos adquiridos durante a experiênciaprofissional de certos integrantes e também a chance de estar trocandoinformações e repassando conhecimentos entre os próprios integrantes dogrupo. Assim dessa forma, tudo ocorreu como planejado.Porém teve-se um contratempo que fez com que não fosse apresentado ocarrinho no dia de sua apresentação, motivo: no dia da apresentação, em sala deaula, estávamos reunidos em grupo e dando os últimos ajustes e testes finaispara prosseguir com a apresentação, quando ao andar com o carrinho peloambiente estudantil, a sua correia acaba por romper-se. No momento foi causadoum certo “desespero” entre os integrantes, mas nos contivemos e começamos adiscutir e procurar soluções. Até conseguimos chegar perto com uma correiaparecida, mas nada eficaz ao ponto da que estava no carrinho, fazendo com quefosse impossibilitado a apresentação do mesmo. O carrinho foi levado para a suapesagem, que deu aproximadamente 1,3 kg, mas não houve percurso realizadopor conta de tal imprevisto.

(foto tirada momentos antes da apresentação)

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8 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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