CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL … · para a conclusão do Curso de Tecnologia em...
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___________________________________________________________________________________ Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura” CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL DANILO HENRIQUE COSTA DE OLIVEIRA AUTOMAÇÃO DE UM ELEVADOR POR COMANDO DE VOZ Garça 2017
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Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de
Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
DANILO HENRIQUE COSTA DE OLIVEIRA
AUTOMAÇÃO DE UM ELEVADOR POR COMANDO DE VOZ
Garça
2017
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Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de
Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
DANILO HENRIQUE COSTA DE OLIVEIRA
AUTOMAÇÃO DE UM ELEVADOR POR COMANDO DE VOZ
Artigo Científico apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para a conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores.
Data de Aprovação: 09/12/16
Prof. Ms. Idelberto de Genova Bugatti
FATEC – Garça
Prof. Me. Gustavo Mesquita Serva Coraini
FATEC – Garça
Prof. Grad. Edson Mancuzo
FATEC – Garça
Garça
2017
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1. INTRODUÇÃO
Este projeto de pesquisa é fruto do término do curso de Mecatrônica Industrial. Para
isto foi desenvolvido um projeto que tem suas expectativas baseadas no
desenvolvimento e aplicação de um sistemas microcontrolado capaz de aplicar os
recursos de comando de voz via bluetooth a uma maquete de um elevador, com o
intuito de demostrar os benefícios desta técnica.
1. 1 OBJETIVOS
O presente projeto tem como objetivo desenvolver um sistema para elevadores. O
sistema contará ainda com o recurso de acionamento interno do destino com
comandos por voz em português do Brasil através da tecnologia bluetooth. O trabalho
é relevante pois pode contribuir com a economia de energia, rapidez no transporte,
conforto geral e inclusão de pessoas com necessidades especiais. Sua realização terá
o apoio de vasta pesquisa bibliográfica em áreas envolvidas como Programação,
Eletrônica.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Histórico dos elevadores
Segundo a Cartilha do Elevador pode-se definir elevador como: “Um elevador pode
ser definido como um mecanismo de elevação ou descida, fechado, para transporte
de pessoa e carga no sentido vertical. Sua estrutura contém os mecanismos de
operação como máquina, motor, cabina, cabos de aço, acessórios e etc.”
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Por volta de 1500 AC os egípcios usavam de animais e pessoas para puxar grande
quantidade de águas do Rio Nilo. Essa técnica evoluiu com a chegada da Revolução
Industrial através do uso da energia a vapor e posteriormente pela eletricidade.
Obras como a alavanca do grego Arquimedes, o Colosso de Rodes a construção das
pirâmides e os obeliscos no Egito; os zigurates na Mesopotâmia são exemplos de
construções que utilizaram elevadores rudimentares em épocas remotas.
Data-se do século XIX o inicio do desenvolvimento dos elevadores modernos. Esses
aparelhos foram evoluindo lentamente de sistema à vapor para hidráulico. Nessa
época o uso era inseguro para o transporte de pessoas, sendo usado somente em
fábricas, minas e armazéns.
Em 1853 Elisha Otis desenvolve um sistema que garante maior segurança aos
elevadores, possibilitando assim viabilidade da contrição de edificios de grande
altura, esse invento consistia em freios ocultos de segurança que mesmo com o
rompimento dos cabos de aço e elevador permanecia parado com segurança. Esses
elevadores ainda eram movidos à vapor ou força hidráulica. Os elevadores elétricos
surgiram no ano de 1880, sendo seu primeiro inventor o alemão Werner von
Siemens. A figura 1 mostra um esquema dos compoentes de um elevador.
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Figura 1 Posicionamento dos componentes do elevador para projetos de edifícios com casa de
máquinas – (Cartilha do Elevador)
Segundo (LEVERENGENHARIA, 2017) o elevador é um sistema composto por duas
massas suspensas interligadas (por cabos de aço, por exemplo) e distribuídas de
lados opostos de uma polia (ou arranjo de polias). Essa polia está conectada a uma
máquina de tração responsável por aplicar o torque necessário para que o sistema
saia de seu repouso e, por meio de aceleração imposta, atinja a sua velocidade
nominal (ou próximo disso). As duas massas mencionadas são, de um lado, a cabina
(e sua estrutura), e de outro lado, o contrapeso (e sua estrutura). Elas ficam
posicionadas em uma área livre no edifício destinada, exclusivamente, ao sistema do
elevador.
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segundo (PORTALBIOGRAFIAS, 2017) em 1926 é instalado um elevador de alta
velocidade no rio de Janeiro, no prédio do jornal “A Noite”. Em São Paulo um dos
primeiros edifícios com elevador foi o Edifício Martinelli.Em 1943 há a fabricação
completa de elevadores no Brasil, iniciada pela Villares. Em 1971, os primeiros
elevadores panorâmicos, no Brasil, foram instalados no Eron Brasília Hotal e no
Edifício Sir Wiston Churchil, em São Paulo, proporcionando uma visão interna ou
externa do edifício.Em 1989 lança-se no mercado o elevador linear onde o motor é
incorporado no contrapeso e não há necessidade da casa de máquinas,o que
significa o ganho de até dois andares.
Segundo (LEVERENGENHARIA, 2017) O espaço físico nos grandes centros
populacionais do mundo é cada vez mais disputado. Quando o crescimento
horizontal parece estar saturado, surge a necessidade da verticalização das
edificações.Essa característica populariza a utilização do elevador. Transportando
milhões de pessoas todos os dias, o elevador é indispensável para facilidades de
tráfego e acessibilidade aos ambientes.
2.2 Reconhecimento por comando de voz
Segundo (GUILHOTO & ROSA 2002) desde o final da década de 1950, varias
instituições pesquisam formas de fazer com que a voz fosse processada pelo
computador. Existem no mercado atualmente muitas aplicações com o uso dessa
técnica. Um dos exemplos mais comumente encontrado são os aparelhos celulares e
software de computador.
Para (YNOGUTY, 1999) o reconhecimento de fala consiste em mapear um sinal
acústico, capturado por um transdutor (usualmente um microfone ou um telefone) em
um conjunto de palavras.
2.3 Tecnologia Bluetooth
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O Bluetooth é uma tecnologia de comunicação sem fio que permite que computadores, smartphones, tablets e afins troquem dados entre si e se conectem a mouses, teclados, fones de ouvido, impressoras e outros acessórios a partir de ondas de rádio. A ideia consiste em possibilitar que dispositivos se interligem de maneira rápida, descomplicada e sem uso de cabos, bastando que um esteja próximo do outro. (ALECRIM, 2016).
Para o funcionamento do bluetooh é necessario um baixo consumo de energia
elétrica devido ao seu curto alcance. Faz-se uso de uma frequência de rádio de
onda curta de 2.4 GHz. O que garante a segurança desse meio é o seu curto
alcance e a habilitação dos dispositivos através do pareamento, onde os dispositivos
compartilham uma mesma senha. (CAMÂRA, 2016).
3 DESENVOLVIMENTO
3.1 Protótipo do elevador
O protótipo consiste na elaboração de uma maquete para simular o funcionamento
do elevador. A simulação sera feita baseado em 5 andares (Térreo mais 4
andares). Para facilitar a contrução da maquete foi desenvolvido um painel com 5
push button onde cada um fara as chamadas ao elevador, cada push button
correspondera a um andar do prédio. Para facilitar o entendimento do usuário cada
push buttom conta com um LED verde que se acendera indicando que a chamada
foi realizada. Feito a chamada, após o elevador chegar no andar correspondente o
usuário selecionara o destino através de um teclado numérico 4x3, o usuário
também pode usar o comando de voz através de um celular com SO Androidi para
acionar o destino. Todo o sistema será alimentado por uma fonte de 12V cc para o
acionamento do motor de passo, para os demais componentes sera usado um
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circuito integrado (CI) L7805 para regulagem da tensão em 5V cc, um CI L293D
para o funcionamento do motor de passo. Abaixo , nas figura 2 e 3, são exibidos
um esboço dos componetes do do protótipo.
Figura 2 Esquema do protótipo (O autor)
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Figura 3 Montagem do protótipo – (O autor)
3.2 Arduino UNO, o cérebro
Segundo (VIDADESILICIO, 2017) temos a seguinte definição:
“Arduino é uma plataforma open-source de prototipagem eletrônica com hardware e
software flexíveis e fáceis de usar, destinado a artistas, designers, hobbistas e qualquer
pessoa interessada em criar objetos ou ambientes interativos.”
Arduino é uma plataforma formada por dois componentes: A placa, que é o Hardware que
usaremos para construir nossos projetos e a IDE Arduino, que é o Software onde
escrevemos o que queremos que a placa faça.
A maior vantagem dessa plataforma de desenvolvimento sobre as demais é a sua
facilidade de sua utilização: projetos podem ser desenvolvidos em um intervalo de tempo
relativamente curto.
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O Arduino é um pequeno computador que você pode programar para processar entradas
e saídas entre o dispositivo e os componentes externos conectados a ele, interagindo
com o ambiente por meio de hardware e software. Para programar o Arduino (fazer com
que ele faça o que você deseja) utilizamos seu IDE (Ambiente Integrado de
Desenvolvimento), que é um software onde podemos escrever um código
numa linguagem semelhante a C/C++ que será traduzida, após a compilação, em um
código compreensível pelo Arduino.
Existem diversas placas Arduino, mas a mais popular é o Arduino Uno e será ela que
usarei para desenvolver o protótipo.
O hardware do Arduino é simples, porém muito eficiente. Vamos analisar a partir desse
momento o hardware do Arduino UNO. Ele é composto pelos seguintes blocos:
Figura 4 Placa Arduino UNO REV3 (VIDADESILICIO, 2017)
1. Microcontrolador:
O cérebro do Arduino. Um computador inteiro dentro de um pequeno chip. Este é o
dispositivo programável que roda o código que enviamos à placa. No mercado
existem várias opções de marcas e modelos de microcontroladores. A Arduino
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optou pelo uso dos chips da ATmel, a linha ATmega. O Arduino UNO usa o
microcontrolador ATmega328.
2. Conector USB:
Conecta o Arduino ao computador. É por onde o computador e o Arduino se
comunicam com o auxílio de um cabo USB, além de ser uma opção de
alimentação da placa.
3. Pinos de Entrada e Saída:
Pinos que podem ser programados para agirem como entradas ou saídas fazendo
com que o Arduino interaja com o meio externo. O Arduino UNO possui 14 portas
digitais (I/O), 6 pinos de entrada analógica e 6 saídas analógicas (PWM).
4. Pinos de Alimentação:
Fornecem diversos valores de tensão que podem ser utilizados para energizar os
componentes do seu projeto. Devem ser usados com cuidado, para que não sejam
forçados a fornecer valores de corrente superiores ao suportado pela placa.
5. Botão de Reset:
Botão que reinicia a placa Arduino.
6. Conversor Serial-USB e LEDs TX/RX:
Para que o computador e o microcontrolador conversem, é necessário que exista
um chip que traduza as informações vindas de um para o outro. Os LEDs TX e RX
acendem quando o Arduino está transmitindo e recebendo dados pela porta serial
respectivamente.
7. Conector de Alimentação:
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Responsável por receber a energia de alimentação externa, que pode ter uma
tensão de no mínimo 7 Volts e no máximo 20 Volts e uma corrente mínima de
300mA. Recomendamos 9V, com um pino redondo de 2,1mm e centro positivo.
Caso a placa também esteja sendo alimentada pelo cabo USB, ele dará
preferência à fonte externa automaticamente.
8. LED de Alimentação:
Indica se a placa está energizada.
9. LED Interno:
LED conectado ao pino digital 13.
Especificações da placa:
Nesta placa o microcontrolador ATmega328 é utilizado, este dispõem de 32kb de
memória flash e 2kb de SRAM. De maneira simples a memória flash é o local na qual
nosso programa será salvo, já a SRAM é a memória na qual nossas variáveis serão
salvas. A diferença básica entre esses dois tipos de memória é que a flash não perde
seus dados caso o Arduino seja desligado ou reiniciado o mesmo não é válido para a
SRAM.
IDE Arduino
Quando tratamos de software na plataforma Arduino, podemos referir-nos ao ambiente de
desenvolvimento integrado do Arduino e o programa desenvolvido por nós para enviar
para a nossa placa.
Uma das grandes vantagens dessa plataforma está no seu ambiente de desenvolvimento,
que usa uma linguagem baseada no C/C++, linguagem bem difundida, usando uma
estrutura simples.
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As funções da IDE do Arduino são basicamente três: permitir o desenvolvimento do
software, de enviá-lo à placa para que possa ser executado e de interagir com a placa
Arduino.
Figura 5 IDE Arduino (VIDADESILICIO, 2017)
3.3 Motor de passo
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Segundo Silva (2006), motor de passo é um tipo de motor elétrico que é
usado quando um movimento exige precisão ou quando deve ser rotacionado em
um ângulo exato, estes são encontrados com imã permanente (divididos em;
Unipolar, Bipolar e Multiphase) e relutância variável. Motores de relutância variável
usualmente têm três ou às vezes quatro bobinas, com um comum. Já os motores
de imã permanentes usualmente têm duas bobinas independentes, com ou sem o
comum central, controlado por uma série de campos eletromagnéticos que são
ativados e desativados eletronicamente. Motores de passo não usam escovas ou
comutadores, possuem um número fixo de pólos magnéticos que determinam o
número de passos por revolução. Ao se alimentar uma das bobinas é gerado um
campo magnético no estator o que induz o rotor a alinhar-se com o campo,
gerando um movimento chamado “passo”. Normalmente estes motores possuem
200 passos por volta sendo 360º de rotação, cada passo avança em 1,8º, com
alguns controladores pode-se posicionar o estator em micropassos obtendo-se
maior precisão no movimento. No projeto foi usado motor de passo bipolar com a
seguinte tabela de acionamento:
Figura 6 – Tabela e equema de ligação (Silva (2006)
3.4 Sensor Reed Switch
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Segundo Braga (2015), os reed switches ou interruptores de lâminas consistem em
dispositivos formados por um bulbo de vidro no interior do qual existem lâminas
flexíveis feitas de materiais que podem sofrer a ação de campos magnéticos. O
bulbo de vidro é cheio com um gás inerte de modo a evitar a ação corrosiva do ar
sobre as lâminas, o que afetaria o contacto elétrico em pouco tempo. Na sua versão
mais simples temos duas lâminas, montadas conforme mostra a figura 7.
Figura 7 Esquema reed switch – (braga, 2015)
O reed switch abre e fecha seus contactos conforme a ação de um campo magnético
externo.
Figura 7 Esquema reed switch acionamento – (Braga, 2015)
3.5 Módulo Bluetooth RS232 HC-05
O módulo bluetooth HC-05 oferece uma forma fácil e barata de comunicação com
seu projeto e diferente do modelo HC-06 suporta tanto o modo escravo como
mestre. Em sua placa existe um regulador de tensão e você poderá alimentar com
3.3 a 5v, bem como um LED que indica se o módulo está pareado com outro
dispositivo. Possui alcance de até 10m.
Segue abaixo as especificações do módulo
- Protocolo Bluetooth: v2.0+EDR - Firmware: Linvor 1.8
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- Frequência: 2,4GHz Banda ISM - Modulação: GFSK - Emissão de energia: <=4dBm, Classe 2 - Sensibilidade: <=84dBm com 0,1% BER - Velocidade Assíncrono: 2,1Mbps(Max)/160Kbps - Velocidade Síncrono: 1Mbps/1Mbps - Segurança: Autentificação e Encriptação - Perfil: Porta Serial Bluetooth - Suporta modo Escravo (Slave) e Mestre (Master) - CSR chip: Bluetooth v2.0 - Banda de Onda: 2,4Hhz-2,8Ghz, Banda ISM - Tensão: 3,3v (2,7-4.2v) - Corrente: Pareado 35mA; Conectado 8mA - Temperatura: -40 ~ +105°C - Alcance: 10m -BaudRate: 4800;9600;19200;38400;57600;115200;230400;460800;921600;1382400 - Dimensões: 26,9 x 13 x 2,2mm - Peso: 9,6g 3.6 Display LCD 16x2 e Teclado matricial 4x3
Display LCD 16x2 com backlight (luz de fundo) verde para utilização em
equipamentos eletrônicos. Possui 2 linhas com 16.
Teclado matricial de membrana com 12 teclas - 3x4 - com conector de 8 vias.
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Figura 8 Display LCD 16x2 KeyPad – (O autor)
3.7 O software
Para o desenvolvimento do software foi usado a ferramenta IDE (Integrated
Development Environment ou Ambiente de Desenvolvimento Integrado) do
Arduino. Como forma adicional e pela sua facilidade de depuração de código foi
utililizado também a IDE Dev-C++ v 5.11 no desenvolvimento das rotinas
relacionadas ao GA. Posteriormente todo o código foi adicionado à IDE do Arduino
para posteriormente ser gerado o arquivo e enviado a placa.
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4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Com o protótipo pronto foram feitos testes para simular o funcionamento do projeto. O
protótipo apresentou algumas inconsistências com o motor de passo bipolar. Como
melhoria futura deve-se estudar a troca desse tipo de motor. Os sensores reed switch
precisaram de um melhor posicionamento para ficarem mais adequado a parada no
andar. O Conjunto display LCD e o KeyPad funcionaram em harmonia com o sistema não
apresentando problemas. O conjunto de push buttons desempenharam com total
satisfação o funcionamento. O acionamento de destino por comando de voz precisa de
melhorias pois o mesmo em algumas ocasiões não reconhece alguns chamados. No geral
o comando de voz contribuiu com o bem estar dos usuários e consequentemente com
economia de tempo e energia elétrica.
Assim conclui-se esse projeto que foi de grande importância para a fixação do conteúdo
aprendido durante o curso de Mecatrônica Industrial.
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5 REFERENCIAS
Cartillha do Elevador - Belo Horizonte: Conselho Regional de Engenharia e Agronomia de Minas Gerais - CREA-MG, 2013.
LEVERENGENHARIA. Disponível em:< http://www.leverengenharia.com.br/consultoria-transporte-vertical/elevadores.html>. Acesso em: 10 ago. 2017.
PORTALBIOGRAFIAS.Disponívelem:<
http://portalbiografias.blogspot.com.br/2008/03/histria-as-primeiras-informaes-de.html >.
Acesso em: 15 jun. 2017
Manual de Transporte Vertical em Edifícios Elevadores de Passageiros, Escadas Rolantes, Obra Civil e Cálculo de Tráfego – ATLAS SCHINDLER.
GUILHOTO, P.J.S; ROSA, S.P.C.S. Reconhecimento de Voz. Departamento de Engenharia Informática Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, Coimbra, 2002.
ALECRIM, Emerson Tecnologia Bluetooth: o que é e como funciona?. <http://www.infowester.com/bluetooth.php>. Acessado em 13 mai 2016
CAMÂRA, Marlon Bluetooth: O que é e como funciona. <http://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2012/01/bluetooth-o-que-e-e-como-funciona.html>. Acessado em 01 mai 2016
YNOGUTI, C.A. Reconhecimento de Fala Contínua Usando Modelos Ocultos de Markov. Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Departamento de Comunicações, Campinas, 1999. SILVA, Renato A. Programando Microcontroladores. São Paulo: Ensino Profissional, 2006. BRAGA, Newton C. Reed-Switches (ALM395). 2015. . Disponível em:<http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/almanaque-tecnologico/207-r/7604-reed-switches-alm395>. Acesso em: 13 ago. 2015.
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BRAGA, Newton C. Conheça os microcontroladores PIC - parte 1 (MIC001). http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/microcontroladores/141-microchip-pic/1243-mic001 Acessado em 13 mai 2016. VIDADESILICIO. Disponível em:< https://portal.vidadesilicio.com.br/o-que-e-arduino-uno/ >. Acesso em: 13 ago. 2017.
