INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL-MECÂNICA MESTRADO PROFISSIONAL EM MECATRÔNICA

ANDERSON PAIS

DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPO INTERFACE DE I/O

WIRELESS PARA SISTEMA DE TESTES AUTOMATIZADOS DE DRIVES EM LINHA DE PRODUÇÃO

Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Mecatrônica do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Mecatrônica. Orientador: Adriano Regis, Me.

FLORIANOPOLIS, 2015

CDD 629.8 P149d Pais, Anderson Desenvolvimento de protótipo interface de I/O Wireless para sistema de testes automatizados de drives em linha de produção [dissertação] / Anderson Pais; orientação de Adriano Regis. – Florianópolis, 2015. 1 v. : il. Dissertação de mestrado (Mecatrônica) – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina. Mestrado profissional em Mecatrônica. Departamento Acadêmico de Metal-Mecânica. Inclui referências. 1. Automação. 2. Comunicação sem fio. 3. Controle de processo. 4. Sistema de teste automático. I. Regis, Adriano. II. Título.

Sistema de Bibliotecas Integradas do IF-SC Biblioteca Dr. Hercílio Luz – Campus Florianópolis Catalogado por: Augiza Karla Boso CRB 14/1092 Sirley Manes – Estagiária de Biblioteconomia UDESC Tayrine V. Nascimento - Est. de Biblioteconomia UDESC

DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPO INTERFACE DE I/O WIRELESS PARA SISTEMA DE TESTES AUTOMATIZADOS

DE DRIVES EM LINHA DE PRODUÇÃO

ANDERSON PAIS Esta Dissertação foi julgada adequada para obtenção do Título de Mestre em Mecatrônica, e aprovada em sua forma final pela banca examinadora do Programa de Pós-Graduação em Mecatrônica, do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina.

Florianópolis, 29 de maio de 2015.

Banca Examinadora:

______________________________________

Adriano Regis, Me. - Orientador

______________________________________ Jean Paulo Rodrigues, Dr. – Membro Interno ao Programa

____________________________________ Silvio Rafael Aguiar das Neves, Me. - Membro Externo à

Instituição

Aos colegas da empresa, dedico esse trabalho como uma humilde retribuição pelas oportunidades que me foram dadas nesses 8 anos.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus pela vida, pelas oportunidades de adquirir mais conhecimento para meu crescimento profissional e pessoal, pela força em me manter sempre perseverante diante dos desafios.

Agradeço aos meus pais e familiares pelo grande apoio nestes dois anos de muita dedicação e em todos os momentos de minha vida. Aos meus professores pelo grande conhecimento transmitido e pelas novas descobertas que me entusiasmam a sempre estudar mais.

A meus amigos e colegas de turma pelas amizades, força, alegrias e ótimos momentos que para sempre recordarei.

A minha esposa que nestes momentos finais sempre me apoiou para que eu me dedicasse em finalizar o meu grande objetivo de me tornar Mestre.

A meu amigo Thales Jacob de Andrade, pelo apoio, paciência e grande ajuda nas noções de programação do Arduino.

Um grande agradecimento a meu amigo Gerson Luis Borchardt, Mestre em Engenharia de Produção, que se propôs a me auxiliar na estruturação metodológica da minha dissertação.

Obrigado a Todos.

Eu acredito, eu luto até o fim; Não há como perder, Não há como não vencer...

(Oleg Taktarov)

RESUMO Este projeto de dissertação de mestrado é voltado para o desenvolvimento de um protótipo de interface I/O de comunicação sem fio com a finalidade de eliminar a conexão de cabos entre o Dispositivo de teste e o produto. Controlada pelo sistema central, a interface tem a função de criar um ambiente virtual de entradas e saídas no produto durante a rotina de testes. O sistema de teste de um CLP foi utilizado como estudo de caso para o desenvolvimento do protótipo. A justificativa e o problema do projeto são definidos no primeiro capítulo, onde também são apresentados os objetivos gerais e específicos para o desenvolvimento do protótipo. O segundo capítulo apresenta os procedimentos metodológicos que são utilizados para o desenvolvimento de soluções. No terceiro capitulo é apresentado o embasamento teórico necessário para desenvolvimento do projeto. O quarto capítulo mostra as etapas de desenvolvimento do produto, como o detalhamento de soluções de hardware e software para o protótipo; os resultados experimentais são apresentados no quinto capítulo. As características deste protótipo foram definidas com base na análise de falhas do atual sistema de teste, tendo como objetivo principal a eliminação ou redução significativa do cabeamento de controle do sistema. Como resultado final, tem-se um protótipo de interface eletrônica de I/O, que compreende uma placa de circuito eletrônico com entradas e saídas isoladas, capazes de executar as funções de teste de produtos, sem ligação física com o sistema de controle. Palavras-chave: Automação, comunicação sem fio, controle de processo, sistema de teste automático.

ABSTRACT This paper of Master's thesis is focused on the development of a wireless communication I/O interface prototype with the purpose of eliminating the cable connection between the test device and the product. Controlled by the main system, it has the function to create a virtual environment of inputs and outputs in the product during the test routine. The CLP's test system was used as a case study for the prototype development. The problem and the project requirements are defined in the first chapter, also the general and specific objectives used as a basis for the development of the prototype are showed, as well the justification. The second chapter presents the methodological procedures that are used to develop solutions. In the third chapter is shown the theoretical foundation necessary for project development. The fourth chapter presents the product development stages, as detailed hardware and software solutions for the prototype; Experimental results are presented in the fifth chapter.The characteristics of this prototype were defined based on analysis of the failure of the test system current, having as main objective the elimination or significant reduction of failures during the test, caused by electromagnetic interference or flaws in the system cabling. A prototype electronic interface I/O was the final result, comprising an electronic circuit board with isolated inputs and outputs, able to perform the product test functions without physical connection with the control system. Keywords: Automation, wireless communication, process control, automatic test system.

LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 - Sistema de teste atual ............................................. 17 FIGURA 2 - Macro fases e fases do modelo PRODIP ............... 25 FIGURA 3 - Espiral do desenvolvimento. ................................... 28 FIGURA 4 - Inversores de Frequência........................................ 41 FIGURA 5 - Inversores de Frequência........................................ 42 FIGURA 6 - Exemplos de CLP WEG .......................................... 43 FIGURA 7 - Exemplos de CLP Siemens .................................... 43 FIGURA 8 - Circuito de ligação da potência ............................... 45 FIGURA 9 - RaspBerry Pi ........................................................... 46 FIGURA 10 - Exemplo Arduino Uno ........................................... 47 FIGURA 11 - Arduino Due ........................................................... 48 FIGURA 12 - Portas de comunicação USB do Arduino Due ...... 49 FIGURA 13 - Software de programação Arduino ....................... 50 FIGURA 14 - Tipos de comunicação .......................................... 52 FIGURA 15 - Comunicação Serial, Mestre - Escravo ................. 52 FIGURA 16 - Comunicação SPI, Mestre - Escravo .................... 54 FIGURA 17 - Linguagem C - Exemplo do bloco de código “IF” . 56 FIGURA 18 - Exemplo de Encoder ............................................. 57 FIGURA 19 - Exemplos de redes Bluetooth ............................... 59 FIGURA 20 - Exemplos de utilização da comunicação UWB .... 59 FIGURA 21 - Modelo de Rede ZigBee ....................................... 61 FIGURA 22 - Exemplo de rede WIFI ........................................... 62 FIGURA 23 - Consumo de energia entre as tecnologias ........... 63 FIGURA 24 - Exemplo de módulo XBee ..................................... 65 FIGURA 25 - Partes do Sistema de Teste Atual ........................ 69 FIGURA 26 - Dispositivos de teste para Servo-Conversores ..... 70 FIGURA 27 - Função Global do Sistema .................................... 76 FIGURA 28 - Sistema de Teste Futuro ....................................... 82 FIGURA 29 - Escopo projeto interface I/O wireless ................... 83 FIGURA 30 - Encapsulamento CI SMD 74AC244 ...................... 85 FIGURA 31 - Encapsulamento CI SMD TLP222A ...................... 85 FIGURA 32 - Encapsulamento TCMT4600 ................................ 86 FIGURA 33 - Diagrama CI SMD ADUM1200BRW ..................... 87 FIGURA 34 - Encapsulamento CI SMD LMC6482 ..................... 88 FIGURA 35 - Esquema de pinagem do DAC714 ....................... 88 FIGURA 36 - Encapsulamento CI AMD TL082........................... 89 FIGURA 37 - Esquema de pinagem do ADS8513 ...................... 90

FIGURA 38 - Encapsulamento CI OP177GS ............................. 90 FIGURA 39 - Encapsulamento CONVERSOR ........................... 91 FIGURA 40 - Encapsulamento CI LD1086DT33TR ................... 92 FIGURA 41 - Encapsulamento CI Isolador SI8441 .................... 92 FIGURA 42 - Esquema de pinagem CI OL2068LF .................... 93 FIGURA 43 - Inicio montagem protótipo Arduino ....................... 94 FIGURA 44 - Protótipo montado com produto CLP ................... 95 FIGURA 45 - Conexão Arduino Due – Xbee – Computador ...... 96 FIGURA 46 - Placa eletrônica montada...................................... 99 FIGURA 47 - Teste Simulador de Encoder .............................. 104 FIGURA 48 - Forma de onda do simulador de Encoder .......... 104 FIGURA 49 - Teste de intensidade do sinal em Laboratório .... 105 FIGURA 50 - Teste ZigBee em condições reais....................... 106 FIGURA 51 - Teste de intensidade do sinal em campo ........... 106 FIGURA 52 - Protótipo Interface Final com Produto ................ 107 FIGURA 53 - Sistema de teste do CLP utilizando a Interface .. 108

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - Códigos do Protocolo Serial ................................. 100 TABELA 2 - Custos de fabricação por placa ............................ 101

LISTA DE QUADROS

QUADRO 1 - Especificações Arduino Due ................................. 48 QUADRO 2 - Características dos protocolos Wireless .............. 64 QUADRO 3 - Requisitos dos clientes ......................................... 74 QUADRO 4 - Lista de especificações para o produto ................ 75 QUADRO 5 - Funções parciais ................................................... 77 QUADRO 6 - Matriz morfológica ................................................. 77

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AES - Advanced Encryption Standart A/D - Analogico / Digital AI (I) - Analog Input (Current) AI (V) - Analog Input (Volts) AI - Analog Input AMPOP - Amplificador Operacional ANSI - American National Standards Institute AO - Analog Output AO(I) - Analog Out (Corrente) AO(V) - Analog Out (Volts) ARM - Advanced RISC Machine ASC - American tandart Code BCPL - Basic Combined Programming Language CA - Corrente Alternada CC - Corrente Continua CI - Circuito Integrado CLP - Controlador Lógico Programável CMOS - Complementary Metal Oxide Semiconductor COM - Porta de comunicação DBM - Decibel Miliwatt D/A - Digital / Analogico DI - Digital Input DO - Digital Output FFD - Dispositivo de função completa GB - GigaByte I/O - Input/Output IDE - Integrated Development Environment I2C - Inter Integrated Circuit. ISM - Industrial, Scientific and Medical LED - Light Emitting Diode LPC - Lars Pensjö C MISO - Master In Slave Out MOSI - Master Out Slave In MOB - Mão de Obra PLC - Programmable Logic Controller QFD - Desdobramento da Função Qualidade PRODIP - Processo de Desenvolvimento Intergrado Produtos

RFD - Dispositivo de função reduzida RX - Receiver SCK - Serial Clock SD - Secure Device SPI - Serial Peripherical Interface SS - Slave Select TX - Transmit TRIZ - Teoria da Resolução de Problemas Inventivos UART - Universal Asynchronous Receiver Transmitter USB - Universal Serial Bus UWB - Ultra Wide Band WLAN - Wireless Local Area Network WMAN - Wireless Metropolitan Area Network WPAN - Wireless Personal Area Network WWAN - Wireless Wide Area Network

14 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................ 16 1.1 Justificativa e Relevância ............................................ 18 1.2 Definição do Problema ................................................. 19 1.3 Objetivo Geral ................................................................ 19 1.4 Objetivos Específicos ................................................... 20 1.5 Estrutura do trabalho.................................................... 20 2 METODOLOGIA DE PROJETO..................................... 21 2.1 Aspectos gerais de projeto e uso de metodologias . 22 2.2 Modelo PRODIP e suas etapas .................................... 24

Projeto Informacional ...................................................... 25 2.2.1 Projeto Conceitual ........................................................... 33 2.2.2 Projeto Preliminar ............................................................ 35 2.2.3 Projeto Detalhado ........................................................... 37 2.2.4

2.3 Considerações da metodologia PRODIP.................... 39 3 REFERENCIAL TEORICO DE SISTEMA DE TESTE ... 40 3.1 Inversores de Frequência ............................................ 41 3.2 Controlador lógico programável ................................. 42 3.3 Dispositivos de testes .................................................. 44

Conexões elétricas .......................................................... 44 3.3.13.4 Plataformas de programação e comunicação ........... 45

Raspberry Pi.................................................................... 45 3.4.1 Arduino ............................................................................ 46 3.4.2 Comunicação Serial ........................................................ 51 3.4.3

3.5 Linguagens de programação C ................................... 54 Características da Linguagem C..................................... 55 3.5.1 Estrutura de um programa em C .................................... 55 3.5.2 Encoder ........................................................................... 56 3.5.3

3.6 Transmissão de dados wireless .................................. 57 Bluetooth ......................................................................... 58 3.6.1 UWB ................................................................................ 59 3.6.2 ZigBee ............................................................................. 60 3.6.3 WIFI ................................................................................. 62 3.6.4 Comparação de tecnologia das redes wireless .............. 62 3.6.5

3.7 Comunicação ZigBee via módulo XBee ..................... 65 Especificações do XBee ................................................. 66 3.7.1

3.8 Trabalhos correlatos..................................................... 66 3.9 Prototipagem ................................................................. 68

15 4 ETAPAS DE DESENVOLVIMENTO DE PROJETO ..... 69 4.1 Projeto informacional ................................................... 70

Fatores de Influência no projeto ..................................... 71 4.1.1 Definição do ciclo de vida do produto ............................. 71 4.1.2 Levantamento das necessidades dos clientes ............... 72 4.1.3 Conversão das necessidades dos clientes requisitos .... 73 4.1.4 Conversão dos requisitos dos clientes em de projeto; ... 73 4.1.5 Avaliação dos requisitos dos clientes x de projeto ......... 74 4.1.6 Lista de especificações do projeto ................................. 75 4.1.7

4.2 Projeto conceitual ......................................................... 75 Definição da estrutura funcional do produto ................... 76 4.2.1 Pesquisa por princípios de solução alternativos ............ 77 4.2.2 Combinação dos princípios de solução .......................... 78 4.2.3 Seleção das concepções mais viáveis. .......................... 78 4.2.4

4.3 Projeto preliminar ......................................................... 79 Características funcionais do protótipo. ......................... 79 4.3.1 Projeto de hardware da Interface I/O wireless ............... 81 4.3.2 Circuitos eletrônicos ........................................................ 84 4.3.3

4.4 Projeto detalhado .......................................................... 93 Montagem de hardware do protótipo .............................. 93 4.4.1 Transmissão de dados wireless ..................................... 95 4.4.2 Placa eletrônica .............................................................. 96 4.4.3 Software embarcado e protocolo de comunicação ........ 99 4.4.4 Custos de desenvolvimento e fabricação ..................... 100 4.4.5

5 TESTES E RESULTADOS OBTIDOS ......................... 102 5.1 Teste dos sinais digitais e analógicos ..................... 102 5.2 Software simulador de Encoder ................................ 103 5.3 Teste de transmissão wireless .................................. 105 5.4 Dispositivo de teste com a utilização do projeto .... 107 6 CONCLUSÃO ............................................................... 109 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................ 111 APÊNDICE A – Fluxograma detalhado dos circuitos .......... 119 APÊNDICE B – Esquema eletrônico ...................................... 120 APÊNDICE C – Layout da placa de circuito impresso ........ 122 APÊNDICE D – Fluxograma do software .............................. 124 APÊNDICE E – Código fonte do software ............................ 125 APÊNDICE F – Lista de materiais .......................................... 132 APÊNDICE G – Hardware final do protótipo da Interface ... 133 ANEXO A – Diagrama de Pinagem do Arduino Due ............ 134

16 1 INTRODUÇÃO

Qualidade e produtividade, fatores chave para a

competitividade, sempre foram preocupação dos setores produtivos nos países com economia aberta. A adoção de práticas adequadas de gestão da qualidade, normatização, metrologia e avaliação da conformidade, representam um diferencial na economia globalizada e, portanto, de fundamental importância para setor industrial (LOBO, 2003).

Este projeto de mestrado visa atender à uma necessidade do processo de inspeção do produto de uma empresa de grande porte do sul do Brasil, fabricante de inversores de frequência para acionamento de motores elétricos trifásicos. Atualmente essa inspeção é feita por equipamentos onde o produto é conectado através de cabos de potência (entre 3 e 9 cabos) e cabos de controle (entre 10 e 40 cabos). Para realizar o teste do produto industrializado, existe um conjunto de equipamentos capazes de verificar o desempenho de cada funcionalidade, estes equipamentos são chamados de “Dispositivos de testes”. Um Dispositivo de testes pode testar diferentes produtos, sendo que para cada família de produto apenas as conexões são modificadas.

Alguns erros e interferências apresentados por um Dispositivo de testes durante o teste de produtos são chamados de “falhas falsas”, estes erros ocorrem quando há mau funcionamento do sistema de testes, acusando indevidamente algum problema no funcionamento do produto. Um exemplo são as interferências eletromagnéticas geradas pelos cabos de potência que interferem nos cabos de controle. De acordo com Sanches (2010), um dos principais geradores de interferência eletromagnética pode ser classificado como transientes (variação abrupta e transitória do sinal), provocadas por chaveamento de potência, operação de semicondutores de potência, acionamento de disjuntores, relés e chaves, etc. Características que estão presentes nos dispositivos de teste de produtos da empresa.

A influência do ambiente eletromagnético pode causar desde uma simples indicação errada de instrumentos a uma completa indisponibilidade do sistema, essa interferência pode afetar tanto o desempenho quanto a confiabilidade do

17 equipamento (SANCHES 2010, p.2). Também de acordo com Sanches (2010), uma das formas de indução da interferência eletromagnética é através da Condução.

Condução (ruído conduzido), é o ruído que chega ao circuito vítima em forma de tensões / correntes espúrias (estranhas), por meio dos condutores ao sistema, por exemplo, as linhas de alimentação CA ou CC. Ocorre quando condutores elétricos percorrem ambientes com poluição eletromagnética e captam parte desse ruído elétrico conduzindo / transportando para outros circuitos (SANCHES 2010, p.17).

A figura 1 apresenta um sistema de teste em uma linha de

produção. Observa-se o gabinete (a) onde estão dispostos os componentes do Dispositivo de testes, e a saída dos cabos de controle e potência (b) que serão conectados aos produtos industrializados em teste (c). O acompanhamento dos testes pode ser feito por um operador através do monitor (d).

FIGURA 1 - Sistema de teste atual

(Fonte: O autor)

18 1.1 Justificativa e Relevância A busca constante em fornecer produtos e serviços de qualidade faz com que a empresa invista sempre na atualização dos processos e sistemas de teste. Todos os produtos da empresa são testados antes de embalados, e para isso, são necessários equipamentos confiáveis que garantam as suas funcionalidades. A própria empresa desenvolve estes equipamentos utilizando testes são rigorosos que visam detectar possíveis falhas nos produtos. Durante os testes podem ocorrem “falhas falsas”, que geram a reprovação errônea do produto, e consequentemente o seu reteste. O sistema também está susceptível a falhas humanas durante as ligações dos cabos de potência e de controle, possibilitando causar danos significativos ao sistema e ao produto. Aumentar a confiabilidade e produtividade do sistema de teste é a principal razão da escolha deste tema.

Um bom sistema de qualidade se baseia em um conjunto de requisitos de prevenção capaz de minimizar a ocorrência de erros, vícios, defeitos, acidentes, falhas e omissões, dentro da sequência de ações do fluxo de tarefas de um serviço, ou dentro de um processo industrial (Verry 2010, p. 20).

Apesar dos trabalhos relacionados à redução de falhas falsas provocados pelo mal contato e interferência nos cabos dos sistemas de teste, como acompanhamento de problemas e manutenção preventiva, o índice de reteste em produtos é considerado alto. Em um levantamento realizado em um único mês, por exemplo, estimou-se que 27% dos produtos (sem defeito) de uma determinada família passaram mais de uma vez pelo sistema de teste. Com relação a erros de conexão e falhas no cabeamento, só no último ano, aproximadamente 10 computadores sofreram danos por problemas no teste.

19 1.2 Definição do Problema

Buscando um processo cada vez mais enxuto e visando sempre a qualidade do produto final, questiona-se: como otimizar os sistemas de teste atuais aumentando a confiabilidade e a produtividade?

Uma atividade extremamente importante no procedimento de testes são as conexões de controle entre o Dispositivo de testes e o produto. São as conexões que garantem o perfeito funcionamento do sistema, com relação a validação das funcionalidades do produto e a confiabilidade por parte do Dispositivo de teste. Por este motivo, aprimorar o sistema de conexão dos cabos de controle é impactante no aumento e confiabilidade deste processo e consequentemente na sua produtividade.

O desenvolvimento deste projeto visa aumentar a qualidade dos testes com o desenvolvimento de um novo dispositivo, oferecendo uma alternativa de conectividade para os sistemas atuais. Com este novo conceito novas possibilidades podem ser exploradas, tanto nos sistemas estudados como em aplicações futuras.

1.3 Objetivo Geral

O trabalho proposto tem como objetivo principal o

desenvolvimento de um dispositivo eletrônico composto por hardware e software, capaz de eliminar ou reduzir a quantidade e comprimento dos cabos de controle do sistema de teste. O projeto contempla a montagem de uma unidade piloto do sistema, a fim de validar as soluções desenvolvidas. Para atingir este objetivo foi utilizada uma metodologia de projeto concebida para o desenvolvimento de novos produtos.

20 1.4 Objetivos Específicos

a) Desenvolver um protótipo de interfaceamento eletrônico de entradas e saídas e comunicação sem fio;

b) Reduzir ou eliminar as conexões de controle entre o sistema de teste e o produto em teste;

c) Desenvolver um software capaz de executar as funções de teste, de acordo com comandos de um sistema principal;

d) Facilitar a conexão do produto a ser testado; e) Reduzir custo de implantação de novos sistemas de teste.

1.5 Estrutura do trabalho

Este trabalho será apresentado com a seguinte estrutura: No primeiro capitulo é apresentada a descrição do trabalho

enfocando objetivos, justificativa e a metodologia aplicada. O segundo capítulo apresenta conceitos relacionados à metodologia de projeto, em destaque a metodologia PRODIP que é referência para o desenvolvimento deste trabalho. O terceiro capítulo apresenta o embasamento teórico, do processo de testes de produtos em linha de produção e as principais características relevantes no funcionamento do sistema. Também são apresentadas informações sobre novas tecnologias utilizadas para o desenvolvimento da solução proposta.

No quarto capítulo são apresentadas as etapas de desenvolvimento do projeto; projeto informacional do produto, com levantamento de informações relativas ao processo de teste e de conexão, o projeto conceitual, mencionando as tecnologias funcionais alternativas disponíveis a partir das especificações de projeto, projeto preliminar, onde são abordados os procedimentos de desenvolvimento do produto Interface I/Os de comunicação sem fio e o projeto detalhado, apresentando as especificações do projeto. No quinto capítulo são apresentados os resultados obtidos das fases de montagem e testes do protótipo. No sexto capítulo são apresentadas as conclusões, comentários relativos ao trabalho e sugestões para trabalhos futuros.

21 2 METODOLOGIA DE PROJETO

As metodologias de desenvolvimento de projeto são utilizadas na indústria a muitos anos. Conforme Back et al. (2008), elas podem ser classificadas como tradicionais, voltadas ao processo de projeto de produto, e prescritivas, contemplando mais amplamente a visão do ciclo de vida do produto.

Segundo Weustink et al. (2000), “o processo de projeto consiste em uma série de tomadas de decisões que levarão à definição de um produto completo que representa um objeto a ser fabricado”. Juran (1997, p. 166), por sua vez afirma que “o projeto de produtos é o processo de definição das características dos mesmos, exigidas para a satisfação das necessidades dos clientes”. Bertsche (2008, p. 407) afirma ainda que o projeto “é a fase mais importante para o desenvolvedor do produto, pois é a fase na qual o produto é planejado, desenvolvido e todos os detalhes relativos a este devem ser abordados”. Assim como outros autores, Back et al. (2008 p. 6), apresentam outras definições para o termo projeto, que pode ser descrita como sendo:

Projeto é uma atividade predominantemente cognitiva, fundamentada em conhecimento e experiência, dirigida à busca de soluções ótimas para produtos técnicos, a fim de determinar a construção funcional e estrutural e criar documentos com informações precisas e claras para a fabricação.

Além do entendimento dos conceitos relacionados à

definição do termo do projeto, é importante destacar que estes elementos influenciam diretamente sobre o ciclo de vida dos projetos, por isso, torna-se necessário a compreensão das características referentes às metodologias usadas no processo, denominadas de fases do desenvolvimento. Identificadas como atividades ordenadas num fluxo contínuo de trabalho, com etapas denominadas de principais e de execução, elas permitem o planejamento e posteriormente serem executadas assim como controladas e redimensionadas ao longo do processo (PAHL, et al., 2005).

22 2.1 Aspectos gerais de projeto e uso de metodologias

As características de um produto levantadas durante a etapade projeto definem se este é capaz de superar tecnicamente seus concorrentes e se o produto atende as necessidades dos clientes, estabelecendo, desta forma, o seu desempenho na disputa pelo mercado. Sendo assim, é exigida das empresas a busca constante pela excelência no desenvolvimento de seus produtos (KAGUEIAMA, 2012).

Ainda segundo Kaqueiama (2012), para o desenvolvimento de um produto inovador, é importante considerar alguns fatores como: custos envolvidos em sua produção, a complexidade envolvida na sua utilização, fabricação ou montagem, garantir que o produto lançado no mercado não apresente falhas durante a sua utilização e não traga riscos à saúde dos usuários.

Da mesma forma Kuo; Huang; Zhang (2001), destacam que o projeto de um produto é desenvolvido puramente com base nas considerações sobre sua funcionalidade, para então ser encaminhado de forma sequencial a outros departamentos dentro da empresa, como de planejamento de processo, manufatura e assim sucessivamente, sem que o projetista receba qualquer retorno de tais departamentos.

Porém, em alguns casos, pode-se constatar que o produto projetado venha a ser extremamente complexo de ser fabricado, tornando seus custos desnecessariamente elevados. Portanto, é importante que durante a etapa de projeto do produto, sejam considerados não só atributos funcionais, mas os aspectos relevantes para todas as etapas de seu ciclo de vida, projeto, fabricação, uso e descarte (KAGUEIAMA, 2012).

Este aspecto é enfatizado pela complexidade de fabricação decorrente de projeto que não é adequado ao processo fabril, resultando em implicações diretas sobre falhas de funcionamento. Em grande parte, estas falhas se refletem na fase inicial do ciclo de vida e, por vezes, tornam-se recorrentes em todo o ciclo de vida.

Desta forma, com a utilização de uma metodologia durante o desenvolvimento do projeto, aumenta-se a probabilidade de sucesso, pois permite estruturar o processo e assegurar que todo seu ciclo de vida seja considerado de forma integrada durante o

23 projeto, desde o desenvolvimento, passando pela fase de uso até o descarte.

É possível ainda citar outros benefícios, em virtude da utilização de uma abordagem estruturada no desenvolvimento de produtos, tais como:

Maior organização do trabalho, evitando-se a ocorrência de

erros. Menor necessidade de revisão de projeto, já que etapas

são iniciadas a partir da conclusão e revisão de etapas anteriores.

Menor tempo de planejamento das atividades a serem executadas.

Maior repetitividade nas tarefas a serem desenvolvidas, devido ao aprendizado e a padronização de tarefas a serem executadas, possibilitando a automatização de processos.

Possibilita a formação de um banco/portfólio de informações com a experiência acumulada, para a execução de projetos futuros.

Maior favorecimento ao trabalho em equipe.

Estas atividades podem provocar algumas consequências que também devem ser levantadas como:

A complexidade e a quantidade de atividades da estrutura podem levar a um tempo maior na execução do projeto.

Requer a necessidade organizacional para o registro das informações.

Requer pessoas capacitadas para que os passos da metodologia sejam executados corretamente e para que a experiência da equipe não seja suprimida.

A abordagem estruturada requer grande colaboração de clientes externos e internos.

Requer trabalho em equipe com mecanismo de comunicação.

Requer o domínio de métodos de técnicas de projeto por parte dos membros da equipe.

24

A melhor forma de superar os desafios impostos para se alcançar o sucesso no desenvolvimento de produto é utilizar um método consolidado para o planejamento e execução do processo de projeto. 2.2 Modelo PRODIP e suas etapas

Os assuntos abordados têm a finalidade de destacar a importância de metodologias para a integração dos atributos do produto, com o objetivo de obter produtos mais confiáveis, ou seja, com menor probabilidade de falhas, com funcionalidade adequada e cuto compatível, atendendo aos requisitos ergonômicos, de segurança, entre outros.

Há uma variedade de referências em metodologia de projeto, entretanto, em função do objetivo desta dissertação, apresenta-se resumidamente a metodologia PRODIP pois esta se mostra adequada aos propósitos deste projeto (BACK et al., 2008). A metodologia chamada de Processo de Desenvolvimento Intergrado de Produtos (PRODIP) é um modelo de referência que contribui para formalizar o processo de desenvolvimento de produtos levando em consideração todo o ciclo de vida.

O modelo de referência contribui para que as empresas passem a executar um processo de desenvolvimento de produtos mais formal e sistemático, integrado aos demais processos empresariais, com os participantes da cadeia de fornecimento e com os clientes finais (BACK et al., 2008, p. 68).

De acordo com os autores Romano (2003) e Back et al.

(2008), o modelo PRODIP procura sistematizar e formalizar o processo de desenvolvimento de produto de modo a integrar suas fases e desenvolver o projeto utilizando o conceito de engenharia simultânea.

O modelo é dividido em nove fases, em cada etapa todos os atributos importantes para o produto em desenvolvimento devem ser considerados. Romano (2003), define o processo de desenvolvimento de produto em três macros fases:

25 Planejamento, Elaboração do Projeto e Implementação, conforme pode ser observado na figura 2.

FIGURA 2 - Macro fases e fases do modelo PRODIP

(Fonte: ROMANO, 2003)

O processo de elaboração de projeto do produto é

composto de quatro fases: projeto informacional, projeto conceitual, projeto preliminar e projeto detalhado. Assim como nas macrofases, as fases que compõem a elaboração do projeto do produto interagem por meio das entradas e saídas de cada uma, por exemplo, as tarefas executadas no projeto informacional, alimentam as tarefas a serem executadas no projeto conceitual e assim por diante. Sendo assim, em cada fase todos os atributos importantes para o produto em desenvolvimento devem ser considerados (ROMANO, 2003).

Projeto Informacional 2.2.1 A fase do projeto informacional destina-se às

especificações de projeto do produto, onde são identificadas as necessidades dos clientes que são desdobradas em requisitos dos usuários.

Considerando diferentes características como: funcionalidade, ergonomia, segurança, aparência, dentre outros,

26 os requisitos de usuários dão origem aos requisitos de projeto de produto. Segundo Back et al. (2008, p75), estes requisitos, consequentemente, “derivam as especificações do projeto, ou seja, os objetivos a que o produto, a ser projetado, deve atender”.

Os requisitos de projeto “traduzem” as necessidades dos usuários em uma linguagem técnica, considerando atributos como ergonomia, segurança, usabilidade, modularidade, estética, confiabilidade, entre outros. Assim, com estes requisitos devidamente listados e priorizados, têm-se as especificações de projeto, que descrevem de claramente o que o produto a ser projetado deve conter. Destaca-se ainda que, para alcançar as saídas da etapa, existe uma série de técnicas que podem ser utilizadas, tais como: entrevistas estruturadas com os futuros usuários, sessões de brainstorming, pesquisa em material publicado, análise de mercado (benchmarking) e o desdobramento da função qualidade (QFD) (BACK et al., 2008).

De acordo com Yang (2007) as necessidades dos usuários podem ser classificadas em:

Necessidades básicas: descrevem as necessidades fundamentais dos usuários para a funcionalidade do produto.

Necessidades de desempenho: são as expectativas “esperadas” dos usuários, as quais podem levá-los a pagar mais para que tais expectativas sejam atendidas.

Necessidades de entusiasmo: são necessidades em potencial que, caso sejam satisfeitas, podem surpreender os usuários. Rozenfeld et al. (2006), definem que a fase inicial da

pesquisa de informações inclui o estabelecimento do ciclo de vida do produto, os quais formalizam as características do produto a ser desenvolvido. Os requisitos de projeto para a confiabilidade do produto essencialmente devem definir os critérios de falha do produto. Segundo Yang (2007, p. 33), “planejar a confiabilidade simultaneamente às características, funcionalidades, custos e outros fatores assegura que as expectativas dos consumidores para a confiabilidade sejam consideradas desde o início”. Por outro lado, por se tratar de uma

27 fase de projeto inicial, não há atividades que contribuem para a confiabilidade de forma concreta.

A aprovação desta fase compreende no cumprimento de algumas características das especificações obtidas como: abrangência, ambiguidade, redundância, clareza, praticabilidade e se as metas das especificações de custo estão de acordo com o custo do produto, Sendo assim Rozenfeld et al. (2006), afirmam que na atividade de revisar e atualizar o escopo do produto são coletadas e analisadas as informações que auxiliam a equipe de projeto a entender, da forma mais complexa possível, o real problema, como: analise do problema de projeto, analisar tecnologias disponíveis e necessárias, pesquisar padrões/normas, patentes e legislação e pesquisar produtos concorrentes e similares.

As especificações de projeto constituem uma lista de objetivos que o produto a ser projetado deve atender. Elas apresentam duas funções: direcionar o processo de geração de soluções e fornecer as bases para os critérios de avaliação das fases posteriores do processo de projeto (ROOZEMBURG e

EEKELS, 1995). 2.2.1.1 Definição dos clientes e ciclo de vida do produto;

A compreensão de quem são os clientes do produto é considerado o primeiro passo para o estabelecimento das especificações de projeto. De acordo com Fonseca (2000), são identificados três grupos de usuários no mercado que devem ter suas necessidades atendidas para a elaboração das especificações de projeto:

Clientes: aqueles que requisitam a elaboração do projeto; Usuários internos: aqueles que usam o projeto para a

construção do produto, ou para seu reparo, embalagem, descarte, etc;

Usuários externos: aqueles que usarão indiretamente o projeto, através do produto físico construído;

28 Em relação ao produto, Rozenfeld et al (2006), classifica os clientes em:

Clientes externos: conjunto de pessoas ou organizações

que irão usar ou consumir o produto; Clientes intermediários: são aqueles responsáveis pela

distribuição, compras, vendas e marketing do produto; Clientes internos: fabricantes e pessoal envolvido no

projeto e na produção dos produtos; Fonseca (2000) e Rozenfeld et al (2006), recomendam utilizar o mapeamento do ciclo de vida do produto para auxiliar da atividade de definição dos clientes de projeto. A figura 3 fornece um detalhamento da história do produto, baseado no modelo de ciclo de vida proposo por Fonseca (2000), descrevendo os estágios pelos quais o produto passa.

FIGURA 3 - Espiral do desenvolvimento.

(Fonte: FONSECA, 2000)

Para o desenvolvimento de produtos, o ciclo de vida

representa a conversão de matéria prima em produtos econômicos de alto valor agregado (PAHL e BEITZ, 1996). Entre a criação e o descarte, o produto sofre diversos processos, tais

29 como: fabricação, montagem, instalação, operação manutenção, uso, reutilização e descarte (ROOZEMBURG e EEKELS, 1995).

Esses processos trazem consigo requisitos e necessidades para o novo produto, o que induz as equipes de projeto a considerar todos os seus inter-relacionamentos desde sua criação até o seu descarte. Para Ogliari (1999), este método aponta para a utilização da análise do ciclo de vida na obtenção das necessidades dos clientes para fins de projeto, propondo o estabelecimento das fases do ciclo de vida do produto como base de categorização das informações de projeto.

Dentre tais aspectos, os mais importantes são aqueles relacionados com o foco principal de um projeto que visa sucesso comercial, isto é, a correta compreensão das necessidades dos clientes do produto. 2.2.1.2 Definição das necessidades dos clientes;

Depois de o problema de projeto e os clientes envolvidos estarem definidos, parte-se para o levantamento das necessidades dos clientes ou, conforme alguns autores definem, para a identificação da “voz dos clientes” (OTTO e WOOD, 2001).

Há várias técnicas de analises para levantamento das necessidades de usuários, mas de acordo com Baxter (1995, p. 135), o mais importante é de se utilizar apenas tempo e recursos que agreguem valor ao projeto, quando o assunto é a pesquisa de mercado, ao afirmar:

Nada se compara a uma pesquisa direta com os consumidores. Para que se possam tirar conclusões válidas, a consulta aos consumidores deve ser feita de maneira estruturada, usando técnicas formais de pesquisa de mercado. Isso não significa que essa pesquisa deva ser longa ou custosa. Com imaginação, boa preparação e cuidadosa execução, uma grande quantidade de valiosas informações pode ser obtida em alguns dias de pesquisa (Baxter 1995, p. 135).

30

As técnicas de analise devem ajudar a decidir como os resultados serão interpretados e transformados em decisão. “Considerando que a utilidade da pesquisa de mercado é fornecer subsídios à decisão, seus objetivos devem ser descritos de modo a informar, apoiar ou refutar essas decisões” (BAXTER, 1995, p. 165). Vale lembrar que uma das decisões mais importantes, sem dúvida, é se a empresa aprova ou rejeita a proposta do novo produto.

2.2.1.3 Conversão das necessidades em requisitos dos clientes; De acordo com Fonseca (2000), existem duas maneiras gerais de levantar as necessidades dos clientes do projeto para que estas informações possam ser utilizadas na definição de especificações de projeto:

A coleta das necessidades dos clientes do projeto com base nas fases do ciclo de vida do produto, utilizando para este fim questionários dirigidos;

A obtenção das necessidades sem consultar os clientes do projeto.

2.2.1.4 Conversão dos requisitos dos clientes em requisitos de

projeto;

Após descritos os requisitos dos clientes, ainda há a necessidade de convertê-los em requisitos de projeto, pois na forma de necessidades, os requisitos de clientes nem sempre estão associadas as características mensuráveis do produto. Converte-los agora, decidirá algo físico sobre o produto, que o afetará durante o processo de projeto. De acordo com Rozenfeld et al (2006, p.223):

Para obter-se uma comunicação precisa durante o desenvolvimento do projeto de um produto, torna-se fundamental que as informações que irão caracterizar o produto

31

estejam de acordo com a linguagem técnica de engenharia.

Fonseca (2000, p. 61), propõe duas tarefas para realizar essa descrição técnica do produto:

Converter requisitos dos clientes em expressões

mensuráveis; Definir e classificar os requisitos de projeto.

2.2.1.5 Avaliação dos requisitos dos clientes x requisitos de

projeto; Depois de obtidos e organizados, os requisitos de projeto devem agora ser hierarquizados. Para isso podem-se usar como referência os requisitos dos clientes e seus respectivos graus de importância. Assim, os requisitos de projeto que mais contribuírem para atender um determinado requisito do cliente deverão ser considerados mais importantes e devem receber maior atenção da equipe de projeto, dessa forma, os requisitos que contribuírem pouco devem receber pesos com valores menores. Para proceder à avaliação dos requisitos de clientes x requisitos de projeto é utilizado o QFD, da mesma forma como costuma ser reportado na literatura (HAUSER e CLAUNSIG, 1988), (AKAO, 1990). A primeira matriz do QFD, comumente conhecida como Casa da Qualidade, é utilizada para estabelecer relacionamentos entre os requisitos de clientes e requisitos de projeto, hierarquizando os últimos conforme seu valor. Além de estabelecer este relacionamento, o QFD possibilita verificar o tipo de relacionamento existente entre os requisitos de projeto, os quais podem ser relacionamentos conflitantes (-), e não conflitantes (+). A pontuação conferida aos requisitos de projeto poderá ser utilizada para hierarquizá-los conforme sua “importância”, e também para valorá-los nas ocasiões em que estes requisitos venham a constituírem-se critérios de avaliação (HAUSER e CLAUNSIG, 1988), (AKAO, 1990).

32 2.2.1.6 Definição das especificações de projeto. A etapa final do projeto informacional é a definição das especificações de projeto, levando em conta os objetivos e restrições do projeto. Gomes Ferreira (1997, p. 62), defende que “a lista de especificações é o ponto de partida (front-end) e também o guia para o processo de projeto de um produto”. As especificações de projeto nada mais são do que os requisitos do produto associados com valores-meta (ROZENFELD et al, 2006). Segundo Roozenburg e Eekels (1995, p. 131), deve-se ter em mente que a especificação de projeto é uma lista de instruções normativas sobre as propriedades que um novo produto deve ter e indicar quais são as soluções que devem ser priorizadas. Contudo, a lista por si só não especifica a solução para um problema de projeto. Ela fornece aos projetistas os critérios pelos quais o valor ou a qualidade dos resultados intermediários de concepção devem ser julgados.

A especificação do projeto deve ser feita com precisão suficiente para permitir a tomada de decisões técnicas. Essa precisão não deve prejudicar a correta interpretação das necessidades e desejos do consumidor. E a especificação do projeto, de uma forma geral, deve conter uma descrição completa e compreensível das percepções e valores do consumidor. A especificação do projeto deve ser fiel às necessidades do consumidor (BAXTER 1995, p. 212).

Entretanto, mesmo tendo um completo conhecimento dos requisitos do consumidor na elaboração da lista de especificações de projeto, isso não é suficiente. Há muitos outros requisitos que não são manifestados pelo consumidor, mas que são importantes, desde requisitos de fabricação, distribuição, vendas, manutenção até àqueles impostos pelas normas e leis. Portanto, a boa lista de especificações é indispensável na obtenção de um produto confiável e que não apresente falhas no mercado. Embora uma boa lista de especificações não garanta melhores projetos, ela faz com que, pelo menos, os objetivos

33 estabelecidos sejam atingíveis e que as chances de erro diminuam (KAGUEIAMA, 2012).

Projeto Conceitual 2.2.2

O projeto conceitual é a fase mais importante do projeto de

um produto, as decisões nela tomadas exercem influência sobre os resultados das fases subsequentes (Forcellini, 2002). No projeto conceitual são desenvolvidas as concepções do produto, tendo como entrada as especificações estabelecidas na fase anterior e, como saída, uma concepção selecionada e aprovada do produto que servirá de entrada na fase de projeto preliminar. Além disso, Back e Forcellini (2000), realçam que no projeto conceitual são executadas cerca de 20% do trabalho do projeto e, estes definem 80% do seu custo, devido o processo estar evoluindo da fase abstrata para concretização do projeto de produto sem ter custos de recursos. De acordo com Pahl e Beitz (1996), a sequência de ações seguidas no processo de conversão de especificações técnicas em representações físicas de produto se baseia na proposta de que contemplação de algumas etapas.

2.2.2.1 Estrutura funcional do produto

De acordo com Back et al. (2008), a primeira tarefa da fase

de projeto conceitual é estabelecer a estrutura funcional do produto, que consiste em definir a função global e subfunções. Yang (2007), também considera o ponto de partida para desenvolver o conceito de um produto a definição da estrutura funcional, os requisitos para tais funções são resultantes das especificações de projeto, que determina o fluxo de energia e informações e as interações físicas do produto.

Segundo Back (1983), a síntese funcional deve ser entendida como sendo:

As ações necessárias para formular, a partir de um problema verbalmente exposto, uma função

34

geral de um sistema técnico, bem como as ações que serão necessárias para substituir a função geral formulada por estruturas de funções parciais ou elementares.

2.2.2.2 Busca de soluções alternativas para cada função; Com a estrutura funcional definida, a equipe de projeto

desenvolve alternativas para a concepção do produto que cumprem as funções identificadas e seleciona a mais adequada. A seleção é feita por meio de uma análise comparativa entre as concepções, considerando-se fatores como as especificações de projeto, os custos envolvidos, os riscos de desenvolvimento, e as metas de qualidade, segurança e dependabilidade (BACK et al., 2008).

Para se obter as concepções do produto existem diversas técnicas que podem auxiliar a equipe de projeto. Back et al. (2008), classifica tais métodos em intuitivos e sistemáticos. Entre as técnicas intuitivas estão: brainstorming, que é uma técnica utilizada para estimular a criatividade dos indivíduos envolvidos com a definição de concepções para o produto; método de Delphi, que consiste em uma forma de coletar opiniões de especialistas por meio de questionários estruturados; analogias diretas, simbólicas e pessoais, que consiste em procurar semelhanças ao analisar o produto ou suas funções com outros campos de conhecimento; e o método sintético, que consiste em buscar a resolução de problemas com base no pensamento criativo. Já entre os métodos sistemáticos, podem ser citados: métodos da matriz morfológica, que consiste em pesquisar diferentes combinações de elementos para encontrar diferentes formas de solucionar um problema; análise de valor, que considera o custo para avaliar o problema; e a TRIZ que é a teoria de solução inventiva de problemas.

35 2.2.2.3 Seleção e avaliação das concepções

A seleção é feita por meio de uma análise comparativa

entre as concepções, considerando-se fatores como as especificações de projeto, os custos envolvidos, os riscos de desenvolvimento, e as metas de qualidade, segurança e dependabilidade (BACK et al., 2008).

A concepção final deverá contemplar os sistemas técnicos e as soluções associadas que respondam positivamente ao atributo de confiabilidade, segundo as especificações do projeto informacional. De acordo com Santos (2001), as especificações de projeto relativas à confiabilidade conduzem a princípios de solução que beneficiam o ciclo de vida operacional do produto, otimização das taxas de falha e tempos médios entre falhas, robustez do produto em relação às condições operacionais.

Portanto, projeto conceitual é um estágio de grande importância considerando sua grande influência sobre a confiabilidade, robustez, custos e outros atributos competitivos do produto, pois nesta fase as concepções físicas do produto começam a definir como as funções de subsistemas e componentes serão cumpridas (YANG, 2007).

Projeto Preliminar 2.2.3

No modelo de referência, o projeto preliminar visa estabelecer um esboço final para o produto, além de um plano de fabricação e de testes para o protótipo. Com isso, busca-se determinar a viabilidade técnica e econômica do projeto final estabelecido, contando como entrada a concepção selecionada para o produto durante a fase de projeto conceitual (BACK et al., 2008).

Nela, tem-se o estudo quantitativo do produto, em que todas as idéias das fases anteriores serão transformadas em configurações viáveis, ainda, tem-se o estudo de sua manufatura e tolerâncias (BACK et al., 2008).

De acordo com Back et al. (2008), as tarefas realizadas nesta fase são:

36

Identificação das especificações de projeto que relacionam os requisitos de dimensões, layout de posição, material, segurança, ergonomia e manufatura;

Definição dos componentes e/ou unidades de grupos existentes a serem utilizados, ou seja, comprados e/ou desenvolvidos por fornecedores;

Revisão das patentes e considerações sobre aspectos legais e de segurança;

Seleção de layouts alternativos para atender ao número de modelos do produto, definidos no planejamento de marketing;

Estabelecimento das principais dimensões dos componentes, tipo de material, processo de fabricação, tolerâncias;

Realização de testes com elaboração de protótipo para confirmar o atendimento dos layouts dimensionais sob o ponto de vista da viabilidade técnica do projeto, dos processos de manufatura, visando à otimização da concepção. Na fase de projeto preliminar, as variáveis com maior

influência sobre a confiabilidade começam a ser determinadas, permitindo à tomada ações por parte da equipe, que levam ao aumento da confiabilidade do produto. Santos (2001), afirma que esta é fase mai apta a permitir ações de projeto que resultem na melhoria da confiabilidade.

Com o projeto preliminar, o conceito final do produto começa a tomar forma, podem-se utilizar técnicas de análise já consolidadas com o proposito de avaliar a confiabilidade do produto. As informações levantadas podem inclusive servir de orientação para os testes, com os dados de falha necessários para possibilitar a utilização das técnicas que permitem avaliar o sistema quantitativamente (KAGUEIAMA, 2012).

Segundo Kagueiama (2012), sob o ponto de vista da confiabilidade, tais testes podem ser realizados, por exemplo, com os seguintes propósitos:

Comparar e avaliar a confiabilidade de materiais e

componentes selecionados para a concepção do produto. Determinar alternativas de projeto otimizadas.

37

Confirmar a eficácia de modificações no conceito. Levantar alguns modos de falha potenciais.

Assim como nas outras fases, o critério de liberação para a

próxima fase é a aprovação dos resultados e análises da fase atual, ou seja, a fase preliminar é finalizada com a viabilidade técnica e econômica, que deve ser submetida a avaliação.

Projeto Detalhado 2.2.4

Esta fase conclui a macrofase de elaboração do projeto do produto, com o objetido de detalhar os processos de fabricação, testes e aprovação do protótipo, com a finalização das especificações de componentes e solicitação de investimento, definição do plano de manutenção e descarte, juntamente com as especificações de operação (BACK et al., 2008).

Com base do planejamento da fase de projeto preliminar, o protótipo pode ser fabricado e testado, servindo de modelo para avaliação dos custos do produto. Os testes do produto é uma etapa fundamental, eles têm como objetivo avaliar o comportamento do produto, com condições reais de operação, possibilitando analisar aspectos como funcionalidade, usabilidade, segurança e confiabilidade. Entretanto. Após a realização dos testes, é possível avaliar o produto de forma global e, caso necessário, realizar melhorias no projeto até qua se determine o projeto final (KAGUEIAMA, 2012).

O projeto além de satisfazer todas as funcionalidades do cliente, também deve atender quesitos de confiabilidade, testes no protótipo podem resultar em melhores desempenhos para que alcançar os critérios de confiabilidade desejados.

Segundo Kagueiama (2012), os testes podem ser realizados com alguns propósitos principais, como:

Avaliar a relação entre a confiabilidade e operação do produto;

Demonstrar que o produto atente a confiabilidade esperada;

38

Levantar modos de falha do produto e de seus componentes, considerando sua forma final aprovada;

Obter estimativas iniciais para as taxas de falha;

Após a montagem e validação do protótipo, é possível avaliar o processo fabril, detalhando os procedimentos afim de preparar a fábrica para a produção em escala. Durante a fabricação, alguns problemas que surgem na montagem do produto podem comprometer significativamente a confiabilidade (KAGUEIAMA, 2012).

Com isso, Kagueiama (2012), comenta que a fabricação do protótipo, em relação a confiabilidade tem como objetivos:

Detalhar os dimensionamentos dos componentes (detalhes de forma, materiais, tolerâncias e ajustes, por exemplo);

Definir padrões de qualidade para componentes fabricados e comprados de fornecedores;

Identificar pontos críticos e estabelecer um plano de montagem para o produto (posicionamento e fixação de componentes, por exemplo);

Demonstrar que a organização conta com um processo de fabricação capaz de satisfazer os objetivos de confiabilidade do produto, entre outros.

Ainda segundo Kagueiama (2012), no fim da fase do

projeto detalhado, são definidos os últimos detalhes do produto, como:

Manuais de operação; Plano de manutenção; Solicitação de investimento; Aprovação final do projeto.

Com isso, pode-se dar início à macrofase seguinte de

implementação do lote inicial.

39 2.3 Considerações da metodologia PRODIP

Durante o segundo capítulo foram apresentados conceitos referentes ao desenvolvimento de produto para contextualizar o presente trabalho, sendo o objetivo geral apresentar uma estrutura definida que auxilie na elaboração deste projeto.

Portanto, buscou-se demonstrar a importância e os benefícios da utilização de abordagens estruturadas por meio de metodologias de projeto de produtos, essencialmente no que se refere à organização do processo de projeto para que todos os requisitos definidos para o produto sejam alcançados.

Entre as metodologias de projeto existentes, optou-se por seguir o modelo de referência PRODIP, que é estruturado em quatro fases: projeto informacional, projeto conceitual, projeto preliminar e projeto detalhado. Esta metodologia é voltada para o desenvolvimento de produtos considerando todos os aspectos relevantes para o seu sucesso de mercado (BACK, 2008).

Desta forma, os conceitos apresentados nos demais capítulos estarão focados nas fases de projeto informacional, coiceitual, preliminar e detalhado, tendo em vista que ao final de tais fases já existe um conceito físico definido para o produto, podendo-se dar início à análise de seu funcionamento e confiabilidade.

40 3 REFERENCIAL TEORICO DE SISTEMA DE TESTE

No decorrer do desenvolvimento desse projeto e da definição do problema, foram seguidas algumas recomendações e métodos importantes para avaliação e aprofundamento do tema.

Segundo Gil (2010), para avaliar a qualidade dos resultados de uma pesquisa, torna-se necessário saber como os dados foram obtidos, bem como os procedimentos adotados em sua análise e interpretação. A presente pesquisa pode ser considerada se do tipo:

Aplicada, pois como define Marconi e Lakatos (2002, p. 20), “caracteriza-se por seu interesse prático, isto é, que os resultados sejam aplicados ou utilizados, imediatamente na solução de problemas que ocorrem na realidade”.

Qualitativa, pois se procurou levantar dados e hierarquizar as ações para descrever, compreender e explicar as relações entre o global e o local nas soluções para o sistema, como também, analisar e expor o resultado da construção do equipamento (GERHARDT e SILVEIRA, 2009, p. 32).

Exploratória, pois têm como propósito proporcionar maior familiaridade com o problema, destacando o problema e procurando soluções para o mesmo (GIL 2010, p. 27).

Bibliográfica, que significa, segundo Marconi e Lakatos (2002. p. 72), “colocar o pesquisador em contato direto com tudo o que foi escrito, dito ou filmado sobre determinado assunto”. Procura-se explicar um problema a partir de conteúdo publicado para melhor abordar o tema.

Experimental, pois segundo Gil (2010, p. 32), consiste essencialmente em “determinar um objeto de estudo, selecionar as variáveis que seriam capazes de influenciá-lo e definir as formas de controle e de observação dos efeitos que a variável produz no objeto”.

Nos subcapítulos seguintes, serão apresentados os principais componentes, partes do sistema atual de testes e que tiveram importância direta no desenvolvimento deste projeto.

41 3.1 Inversores de Frequência

Também chamados de conversores, inversores são

dispositivos eletrônicos utilizados no controle da velocidade e torque de motores elétricos trifásicos, através da variação da frequência no motor (GALHARDO e PINHO, 2003).

Conversores são equipamentos capazes de modificar a forma da energia aplicada à sua entrada para obter novas formas da energia na saída, a fim de atender as exigências de funcionamento de outro equipamento ou dispositivo que se deseja trabalhar (SILVA et. al. 2013).

Há vários fabricantes de inversores de frequência no

mercado, como WEG, Siemens, Schneider Electric, ABB, entre outros. A figura 4 mostra um exemplo de inversor de frequência da empresa WEG, o CFW11 da WEG.

FIGURA 4 - Inversores de Frequência

(Fonte: WEG, 2013)

Os conversores são, geralmente, constituídos de três

partes: bloco retificador, filtros e o inversor propriamente dito. O bloco retificador é formado por diodos que transformam o sinal de entrada em contínuo pulsante, na sequência, os filtros atuam sobre os pulsos contínuos tentando linearizar a forma de onda. Após o sinal estar estabilizado, o ultimo bloco, que caracteriza o inversor, é constituído por um conversor estático e componentes semicondutores, eles são capazes de realizar o chaveamento em pequenas, médias e altas freqüências, comandando a saída de

42 potência através de um controle micro processado, programado para obter a forma de saída necessária (GALHARDO e PINHO, 2003). A figura 5 apresenta um dos modelos de inversores do fabricante Siemens, o inversor o Micromaster.

FIGURA 5 - Inversores de Frequência

(Fonte: SIEMENS, 2008)

3.2 Controlador lógico programável

Um controlador lógico programável (CLP) é um dispositivo microprocessado capaz de realizar operações dedicadas através de uma interface de entradas e saídas, como o controle e supervisão de processos específicos. Ele foi desenvolvido para automatizar processos industriais resistindo a condições adversas do ambiente industrial, como ruídos, trepidação, poeira, temperatura e interferências eletromagnéticas (ROSÁRIO, 2013, p. 80).

O controlador lógico programável, ou simplesmente CLP (Programmable Logic Controller) pode ser definido como um dispositivo de estado sólido, um computador industrial capaz de armazenar instruções para implementação de funções de controle (sequência lógica, temporização e contagem, por exemplo) além de realizar operações lógicas e aritméticas, manipulação de dados e comunicação em rede, sendo utilizado no controle de sistemas automatizados (GEORGINI, 2007, p.48).

43

Segundo Capelli (2007, p.19), “Há muitos equipamentos que compõe a automação direta e indireta, mas o controlador lógico programável é um dos mais importantes”.

Há vários fabricantes de CLPs no mercado, como Allen Bradley, Aromat, Schneider, WEG, SIEMENS, entre outros. A figura 6 mostra um exemplo de CLP da WEG, o PLC300.

FIGURA 6 - Exemplos de CLP WEG

(Fonte: WEG, 2013)

Já a figura 7 apresenta o LOGO, micro-CLP, da empresa

Siemens.

FIGURA 7 - Exemplos de CLP Siemens

(Fonte: SIEMENS, 2011)

44 3.3 Dispositivos de testes

Dispositivos de teste são equipamentos eletrônicos empregados para realização de provas nos produtos a fim de validar todas as suas funcionalidades. Os equipamentos eletrônicos de teste são compostos por aparelhos para ensaios, indicadores, instrumentos de medida e outros dispositivos. Cada dispositivo de teste é projetado e contruído para realizar provas de um ou mais tipos específicos, são equipamentos de prova para fins gerais ou para tarefas especiais (PUGLIESI e LIMA, 2004, p. 428).

Os equipamentos de teste para uso geral são utilizados para realizar grupos de testes sobre uma grande variedade de equipamentos ou sistemas eletrônicos. Os equipamentos de prova para fins especiais são usados para um tipo especifico de ensaio sobre determinado ou sistema eletrônico (PUGLIESI e LIMA, 2004, p. 428).

Conexões elétricas 3.3.1 Produtos eletrônicos necessitam de conexões elétricas, seja para a energização ou para comunicação com outros dispositivos. Para a realização dos testes funcionais, os produtos precisam ser conectados a um sistema que simule um ambiente real de operação, tais conexões permitem executar as rotinas de funcionamento que o produto poderá efetuar em uma situação real. De acordo com Estrany (2004, p. 41), “Dadas as características de uma instalação elétrica, pode-se dizer que a operação mais importante, e quase única, é o estabelecimento de conexões”.

Para exemplificar como são ligadas as conexões no produto, a figura 8 mostra um circuito de potência onde o inversor controla o motor.

45

FIGURA 8 - Circuito de ligação da potência

(Fonte: WEG, 2013)

3.4 Plataformas de programação e comunicação

Atualmente existem diversos meios de controle de processos no mercado, mas muitos deles têm elevado custo ou são muito complexos. Para solucionar este problema surgiram controladores mais simples, tornando a utilização destes equipamentos acessível, como o Arduino e Raspberry Pi.

Raspberry Pi 3.4.1

O Raspberry Pi, como ilustra a figura 9, é um microcomputador de dimensões reduzidas desenvolvido pela Raspberry Pi Foundation e pela Universidade de Cambridge, criado com o intuito de promover o estudo da ciência da computação nas escolas. Este microcomputador, onde todo o hardware é integrado numa única placa de circuito impresso, integrando um processador do tipo ARM a 700Mhz e uma unidade de processamento gráfico. Não possuem disco rígido,

46 por isso são constituídos por uma entrada de cartão SD para armazenamento de dados, por isso, torna-se necessário adquirir um cartão de memória SD, com 4GB no mínimo, para instalar o sistema operativo bem como outras aplicações, de forma a ficar totalmente funcional. O Raspberry Pi destaca-se por se poder usar como um outro qualquer computador, e pela sua capacidade de integração com a eletrônica (CARDOSO; COSTA; SOUSA, 2013).

FIGURA 9 - RaspBerry Pi

(Fonte: CARDOSO; COSTA; SOUSA, 2013)

O Raspberry Pi possui um processador ARM, por isso não é possível instalar o sistema operativo Windows ou o sistema operativo Ubuntu. No entanto, estão disponíveis gratuitamente sistemas operativos compatíveis com este microcomputador (CARDOSO; COSTA; SOUSA, 2013).

Arduino 3.4.2 Em 2005, o professor italiano Massimo Banzi, desenvolveu

uma placa eletrônica para fins educacionais que consistia em uma plataforma de prototipagem eletrônica, que tornaria mais acessível à interação do estudo da eletrônica e robótica nas escolas (EVANS, NOBLE, HOCHENBAUM, 2013).

47

Um Arduino é um pequeno computador fácil de programar, onde é possível processar entradas e saídas entre o dispositivo e os componentes externos conectados a ele. Pode ser chamado de plataforma de computação física ou embarcada, ou seja, um sistema que pode interagir com seu ambiente por meio de hardware e software (MCROBERTS, 2001, p.22).

O Arduino foi originalmente concebido como um projeto de

hardware e software aberto, permitindo o desenvolvimento colaborativo e o surgimento de um grande número de fabricantes alternativos que o fizeram uma solução conhecida mundialmente. As primeiras unidades eram constituídas por um processador Atmel de 8 bits, possui pinos de entradas e saídas digitais e analógicas, entrada de comunicação EIA-232 (antiga forma de comunicação serial RS-232), o qual permitia a conexão com computadores, o que possibilitava a comunicação com qualquer derivado por ter código aberto (EVANS, NOBLE, HOCHENBAUM,

2013). A figura 10 apresenta uma das primeiras versões da plataforma Aduino, o Arduino Uno.

FIGURA 10 - Exemplo Arduino Uno

(Fonte: BELL, 2013)

O intuito de seu desenvolvimento era proporcionar

facilidade de aprendizado em criar projetos de eletrônica em qualquer área, de maneira rápida, barata e fácil, onde mesmo quem não possui conhecimento algum sobre eletrônica possa chegar a algo funcional com facilidade (EVANS, NOBLE, HOCHENBAUM, 2013).

48 3.4.2.1 Arduino Due

O Arduino Due possui o mais novo e rápido

microcontrolador da plataforma arduino, baseado no processador Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3, um microcontrolador ARM de 32 bits (BELL, 2013). A figura 11 mostra o encapsulamento do Arduino Due.

FIGURA 11 - Arduino Due

(Fonte: BELL, 2013)

O Arduino Due exige atenção quanto ao nível de tensão

dos pinos de I/O, enquanto em todos os outros Arduinos o nível de sinal é 5V, para o Arduino Due este nível é 3,3V (BELL, 2013). No anexo A pode ser visto um diagrama de referências dos pinos e funções. O quadro 1 apresenta as características técnicas do Arduino Due.

QUADRO 1 - Especificações Arduino Due

(Fonte: TECH, 2013)

Microcontrolador AT91SAM3X8E

Voltagem operacional 3,3V

Voltagem de alimentação (recomendada) 7 a 12V

Voltagem de alimentação (limites) 6 a 20V

Pinos E/S Digital 54 (12 dos quais podem ser saídas PWM)

Pinos de entrada analógica 12

Pinos de saída analógica 2 (DAC)

Corrente contínua total em todas as linhas de E/S 130 mA

Corrente contínua para o pino 3.3V 800 mA

Corrente contínua para o pino for 5V 800 mA

Memória Flash 512 KB totalmente disponíveis para aplicações do usuário

SRAM 96 KB (dois bancos: 64KB e 32KB)

Velocidade de Clock 84 MHz

49 3.4.2.2 Comunicação

A comunicação pode ser feita de diferentes formas, a mais comum é através de uma conexão USB, que está conectada a um segundo microcontrolador do tipo ATmega16U2, que configura uma porta COM (porta de comunicação) virtual para softwares em um computador conectado à placa (ARDUINO, 2015).

Também há a possibilidade de comunicação diretamente serial através dos pinos RX e TX. O software do Arduino inclui um monitor serial que permite visualizar os dados textuais simples que são enviados para a placa, como também visualizar os dados enviados da placa para o computador. Os LEDs RX e TX na placa alternarão quando dados estiverem sendo transmitidos pela conexão serial do computador (ARDUINO, 2015). A figura 12 mostra as duas opções de portas de comunicação USB do Arduino Due.

FIGURA 12 - Portas de comunicação USB do Arduino Due

(Fonte: ARDUINO, 2015)

3.4.2.3 Programação do Arduino

O ambiente de desenvolvimento do Arduino (IDE) é gratuito e podedo ser baixado no site oficial “arduino.cc” (ARDUINO, 2015). As principais funcionalidades da IDE do Arduino são:

50

Escrever o código do programa; Salvar o código do programa; Compilar o programa; Transportar o código compilado para a placa do Arduino.

Ainda segundo Arduino (2015), as duas principais partes

(funções) de um programa desenvolvido para o Arduino são:

Setup (): onde devem ser definidas algumas configurações iniciais do programa. Esta parte é executada apenas na inicialização do programa;

Loop (): função principal do programa. Fica executando ciclicamente.

O Arduino possui portas digitais e portas analógicas. As

portas servem para ativar e realizar leituras de dispositivos externos, por exemplo: ler um botão, acender um led ou uma lâmpada. As portas digitais trabalham com valores bem definidos, no caso do Arduino Due esses valores são 0V e 3,3V (ARDUINO, 2015).

A figura 13 mostra como é a tela do software de programação do Arduino, o código escrito é referência a função pinMode e configura o pino 13 como saída e o pino 7 como entrada.

FIGURA 13 - Software de programação Arduino

(Fonte: ARDUINO, 2015)

51

Comunicação Serial 3.4.3 Os equipamentos eletrônicos vêm agregando mais e mais funções, e a utilização de diversos circuitos integrados tornam-se cada vez mais comum. No entanto, não é mais possível estender longos barramentos de comunicação paralelos, pois tornariam as placas de circuito impresso caras e muito grandes. Logo, uma comunicação serial entre esses dispositivos se torna necessária (SACCO, 2014).

Em uma interface serial os bits de dados são enviados sequencialmente através de um canal de comunicação ou barramento. Para a conexão dos dispositivos externos (periféricos) ao computador são utilizados os barramentos externos, esses dispositivos geralmente se conectam a ele por meio de portas ou interfaces, que podem ser classificados de acordo com o modo de transmissão dos dados (OLIVEIRA, 2007, p.16).

Um periférico pode ser visto como qualquer dispositivo conectado a um computador de forma a possibilitar sua interação com o mundo externo. Os periféricos são conectados ao computador através de um componente de hardware denominado interface. Isso significa que os periféricos não estão conectados diretamente ao barramento do computador, mas sim às interfaces (OLIVEIRA, CARISSIMI, TOSCANI, 2010, p. 126).

De acordo com Sacco (2014), as tecnologias de interligação serial podem ser separadas em duas grandes categorias:

Comunicação síncrona; Comunicação assíncrona.

Ainda segundo Sacco (2014), dentre os métodos de

comunicações mais conhecidos pela indústria eletrônica, destacam-se três:

UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter; SPI: Serial Peripheral Interface;

52

I2C: Inter Integrated Circuit. A figura 14 apresenta os tipos de comunicação disponíveis

como paralela e Serial, e exemplos de serial assíncrona e síncrona.

FIGURA 14 - Tipos de comunicação

(Fonte: SACCO, 2014)

A comunicação serial assíncrona mais conhecida é a que utiliza o padrão UART (RS232). No entanto, há grandes vantagens no uso de uma comunicação serial síncrona em relação à assíncrona. Na comunicação serial síncrona é definido o conceito de mestre-escravo. O gerador do sinal de sincronismo é definido como o mestre da comunicação. Para os dispositivos que utilizam o sinal de sincronismo gerado damos a definição de escravo. A ligação mais comum desse tipo de comunicação é um master e vários slaves (SACCO, 2014).

A figura 15 mostra como é a comunicação entre dispositivos mestre e dispositivos escravos em uma comunicação serial.

FIGURA 15 - Comunicação Serial, Mestre - Escravo

(Fonte: traduzido de SACCO, 2014)

53 3.4.3.1 Comunicação serial RS232

RS-232 é um padrão de protocolo para troca serial de

dados binários entre um terminal e um comunicador de dados.

Em uma comunicação serial RS-232 padrão, há um canal para

transmitir (TX) e um para receber (RX). Dessa forma, o envio e o

recebimento de informação podem ser feitas simultaneamente, e

não há a necessidade de esperar o fim de um para o início do

outro. Essa comunicação é full-duplex (SACCO, 2014).

A interface serial RS232 é muito susceptível a interferências, por este motivo, o cabo utilizado para comunicação deve ser sempre menor que 10 metros e deve ser colocado em separado da fiação de potência que alimenta o inversor e motor (WEG, 2010). 3.4.3.2 Interface Periférica Serial (SPI)

O SPI é um protocolo de comunicação de dados seriais

síncronos usado por microcontroladores para se comunicar com um ou mais dispositivos periféricos rapidamente em distâncias curtas (SACCO, 2014). Em uma ligação SPI há sempre um dispositivo mestre (microcontrolador), que controla os dispositivos periféricos (Slaves). Normalmente, existem quatro linhas de transmissão de 8 bits comuns a todos os dispositivos (SACCO, 2014).

MISO (Master In Slave Out) - A linha de Slave para enviar dados para o mestre;

MOSI (Master Out Slave In) - A linha de Mestre para enviar dados para os periféricos;

SCK (Serial Clock) - Os pulsos de clock que sincronizam a transmissão de dados gerada pelo mestre;

SS (Slave Select) – este pino é utilizado pelo mestre para ativar e desativar dispositivos específicos. Quando este pino está em nível baixo há comunicação e quando está alto ele ignora o mestre.

54

Isso permite que você tenha vários dispositivos de SPI compartilhando o mesmo MISO, MOSI, e as linhas de Clock (SCK). A figura 16 mostra uma comunicação SPI entre um dispositivo Mestre e 3 Escravos, onde é possível observar as 3 linhas de transmissão e as chaves (SS) de cada Escravo (SACCO, 2014).

FIGURA 16 - Comunicação SPI, Mestre - Escravo

(Fonte: traduzido de SACCO, 2014).

3.5 Linguagens de programação C

A linguagem C foi implementada por Dennis M. Ritchie nos anos 70. É uma evolução da linguagem BCPL (Basic Combined Programming Language), desenvolvida por Martin Richards, que até hoje é utilizada. Com a popularidade dos microcomputadores, muitas implementações de C foram criadas, e como não havia nenhum padrão, havia muita discrepância entre elas. Foi então em 1983, que o ANSI (American National Standards Institute) estabeleceu um padrão para resolver esse problema (SCHILDT, 1996).

55

Características da Linguagem C 3.5.1 A linguagem C é uma linguagem de médio nível, ela combina elementos de linguagens de alto nível com funcionalidade de Assembly. Permite por exemplo, manipular bits, bytes e endereços de memória. Um código escrito em C é muito portável, ou seja, é possível adaptar um software escrito em um sistema operacional para outro (SCHILDT, 1996). A linguagem C é uma linguagem estruturada, a característica desse tipo de linguagem é separar o código em sessões (funções), que conterão variáveis temporárias. Essas sessões “escondem” estas variáveis do resto do programa e isso permite isolar o código garantindo que ele não altere o resto do programa. Um código com muitas variáveis globais pode dificultar a manutenção e gerar comportamentos inesperados, dada à dificuldade de gerenciar todas as variáveis (SCHILDT, 1996). Estas são as principais características da linguagem C:

Portabilidade; Modularidade; Recursos de baixo nível; Geração de código eficiente; Simplicidade; Possibilidade de ser usada para varios propósitos; Indicada para escrever compiladores, editores de textos,

bancos de dados, etc.

Estrutura de um programa em C 3.5.2

Um programa em C é estruturado sobre funções. O programa possui uma ou várias delas, sendo que a principal é a que dá início ao programa e chama todas as outras, ela é sempre chamada função “main”. Após uma função ser criada, você pode esperar que ela trabalhe adequadamente em várias situações, sem criar efeitos inesperados em outras partes do programa, todas as funções começam com “{“ e terminam com “}” (SCHILDT, 1996).

56

Uma outra forma de estruturar e compartimentalizar o código em C é pelo uso de um “bloco de código”. Um bloco de código é um grupo de comandos de programa conectado logicamente que é tratado como uma unidade. Em C, um bloco de código é criado colocando-se uma sequência de comando entre chaves (SCHILDT, 1996). .

A figura 17 pode-se ver um exemplo de um bloco de código, neste exemplo, os dois comandos após o “if” e entre as chaves são executados se x for menor que 10. Esses dois comandos junto com a chave, representam um bloco de código (SCHILDT, 1996).

FIGURA 17 - Linguagem C - Exemplo do bloco de código “IF”

(Fonte: SCHILDT, 1996)

Encoder 3.5.3 O Encoder é um dispositivo mecânico-eletrônico utilizado para referenciar a posição e velocidade de um elemento girante, ou pode ser utilizado como contador de pulsos (RANGEL, WENDERSON, ROBERTO, 2010, p. 3).

Os encoders são transdutores de movimento capazes de converter movimentos lineares ou angulares em informações elétricas, que podem ser transformadas em informações binárias e trabalhadas por um programa que converta as informações passadas em algo que possa ser entendido como distância, velocidade, etc. Utilizado muito em máquinas CNC, robôs e todas as aplicações que necessitam de um sistema de medição e posicionamento (RANGEL, WENDERSON, ROBERTO, 2010, p. 3).

57

Os encoders possuem internamente um ou mais discos perfurados, estes discos permitem, ou não, a passagem de um feixe de luz infravermelha, gerado por um emissor que se encontra em um dos lados do disco, este disco é captado por um receptor que se encontra do outro lado do disco, com o apoio de um circuito eletrônico, o receptor gera um pulso. Dessa forma, é registrada a velocidade ou posicionamento contando-se o número de pulsos gerados (RANGEL, WENDERSON, ROBERTO, 2010, p. 3).

A figura 18 mostra um exemplo de Encoder rotativo de uso industrial ou Veicular.

FIGURA 18 - Exemplo de Encoder

(Fonte: RANGEL, WENDERSON, ROBERTO, 2010, p. 3)

3.6 Transmissão de dados wireless Nos últimos anos, as redes Wireless (redes-sem-fio) vem crescendo muito no mercado, são soluções geralmente aplicadas onde o cabeamento convencional não pode ser utilizado. As tecnologias mais utilizadas para a transmissão são: radiação infravermelha, via satélite e radiofrequências (MIRANDA, 2008). De acordo com Miranda (2008), a tecnologia Wireless se divide em quatro tipos:

Curta distância (WPAN- Wireless Personal Área Network); Local (WLAN - Wireless Local Area Network); Metropolitana (WMAN - Wireless Wide Area Network); Longa distância (WWAN - Wireless Metropolitan Area

Network).

58

A WLAN é usada por computadores, notebooks e tablets que se comunicam sem utilização de fios e cabos, em redes Wi-Fi. Existem também as redes que se utilizam de baixas taxas de transferência para permitir conexões de curta distância (WPAN), como o Bluetooth e o infravermelho, presentes principalmente em dispositivos móveis como celulares e tablets. A WMAN é utilizada na prática entre os provedores de acesso e seus pontos de distribuição. A última, WWAN, é usada na base dos serviços de telefonia celular (MIRANDA, 2008).

De acordo com Conceição Junior (2012, p. 3),

Inúmeros protocolos de redes sem fio poderiam ser utilizados na indústria, independentes de seu raio de abrangências (WPAN, WLAN. WMAN E WWAN) desde que aspectos como: sensibilidades, alcance, segurança e taxas de transferências fossem observados.

Ainda segundo Conceição Junior (2012, p. 3), “Devido a sua flexibilidade diante das redes cabeadas e a redução dos custos pela sua crescente utilização, protocolos como: Bluetooth, UWB, ZigBee e Wi-Fi ganharam destaque”. As tecnologias Bluetooth e ZigBee são para comunicação WPAN de até 10m e UWB e Wi-Fi podem chegar a uma WPAN de até 100m.

Bluetooth 3.6.1

Bluetooth é um protocolo baseado em um receptor sem fio designado para curto alcance e com hardware barato. Tem uma gama de aplicações conhecida como rede de área pessoal (WPAN). Há dois tipos de aplicações: piconet e scatternet. Uma piconete é uma rede Bluetooth composta por um dispositivo mestre e um ou mais dispositivos escravos, comunicando-se através do Mestre. Uma scatternet é uma rede composta por piconetes, onde pode haver dispositivos de uma piconete (rede) comunicando-se com dispositivos de outra piconete (PORTHUGANTI e CHITNENI, 2014). Na figura 19 pode-se ver como é a rede piconet e scatternet.

59

FIGURA 19 - Exemplos de redes Bluetooth

(Fonte: traduzido de PORTHUGANTI e CHITNENI, 2014).

UWB 3.6.2

A tecnologia UWB, Ultra Wide Band, tem se destacado recentemente como uma comunicação sem fio de alta velocidade e curto alcance, sua principal característica é a largura de Banda de mais de 110 Mbps, o que satisfaz grande parte das aplicações multimídia, equivalente com a tecnologia USB 2.0, usada em aparelhos sem fios próximos ao usuário, como por exemplo, impressoras, mouse, teclado ou MP3 Player com no máximo 10 metros de distância (PORTHUGANTI e CHITNENI, 2014). A figura 20 mostra exemplos de utilização da rede UWB.

FIGURA 20 - Exemplos de utilização da comunicação UWB

(Fonte: GEMTEK, 2009)

60

ZigBee 3.6.3

De acordo com Kinney (2003), a tecnologia ZigBee foi desenvolvida para economizar energia, suportando dispositivos simples e de alcance de até 10m. É auto-organizada, confiável, pode se comunicar com várias aplicações. Existem dois tipos diferentes de dispositivos ZigBee:

Dispositivo de função completa (FFD); Dispositivo de função reduzida (RFD);

O FFD pode operar em três modos servindo como coordenador PAN, um coordenador, ou um dispositivo. Um FFD pode falar com RFDs ou outros FFDs. O RFD é destinado a aplicações extremamente simples, o RFD pode conversar apenas com um único FFD de cada vez (KINNEY, 2003). Uma rede ZigBee requer, pelo menos, um dispositivo totalmente funcional como um Mestre de rede, mas pode ser reduzida a funcionalidade dos dispositivos para reduzir o custo do sistema (KINNEY, 2003). De acordo com Steinhauser e Mello (2011), os dispositivos FFDs ou RFDs podem ser divididos logicamente em três tipos:

Coordenador: dispositivo FFD, responsável pela inicialização e manutenção da rede, distribuição dos endereços, reconhecimento dos nós entre outras funções.

Roteador: dispositivo FFD, tem características de um nó normal, mas tem capacidade extra, como de servir de roteador entre os nós sem precisar do Coordenador, sendo fundamental para que a rede ZigBee possa ser expandida.

Dispositivo Final: também chamado de End Device, pode ser tanto um dispositivo FFD como RFD, ele é o dispositivo onde os sensores e/ou atuadores são ligados. Ele consume menos energia, uma vez que fica a maior parte do tempo em modo sleep (dormindo).

Segundo Kinney (2003), o Coordenador da rede ZigBee possui as seguintes funções:

61

Definir uma rede; Transmitir sinalizadores de rede; Gerenciar os nós da rede; Compartilhar as informações na rede; Roteiar mensagens entre os pares de nós; Geralmente operar no modo de recepção.

Já o roteador, de acordo com Kinney (2003), além de ter a função de rotear sinal, ele pode gerenciar a comunicação dos dispositivos finais (End Device), e apenas informar ao mestre os dados coletados, neste caso, este bloco é chamado de nó de rede ZigBee (ZigBee Network Node), e possui as seguintes características:

Projetado para economizar energia Procura por redes disponíveis Transfere dados a partir da sua aplicação Determina se os dados estão pendentes Questiona dados da rede Mestre Consegue dormir por longos períodos

A figura 21 mostra um modelo de rede ZigBee.

FIGURA 21 - Modelo de Rede ZigBee

(Fonte: KINNEY, 2003)

62

WIFI 3.6.4 Wi-Fi é uma tecnologia desenvolvida para usuários navegarem da internet a velocidades de banda larga. Sua arquitetura consiste na interação de vários componentes para fornecer uma rede sem fio. Como ela torna fácil e ágil a interação entre os usuários, ela permite criar uma rede de infraestrutura (PORTHUGANTI e CHITNENI, 2014). A figura 22 mostra algumas aplicações onde é utilizada a rede WIFI.

FIGURA 22 - Exemplo de rede WIFI

(Fonte: GEMTEK, 2014)

Comparação de tecnologia das redes wireless 3.6.5

Para comparar as tecnologias wireless são levadas em consideração algumas características, como alcance, tempo de transmissão, complexidade, consumo e eficiência. 3.6.5.1 Segurança Todos os quatro protocolos têm mecanismos de criptografia e de autenticação (PORTHUGANTI e CHITNENI, 2014).

63 3.6.5.2 Tamanho da rede

O protocolo Bluetooth suporte até 8 dispositivos na sua rede, sendo 1 mestre e até 7 escravos, isto também é valido para a rede UWB piconet. Já a Rede ZigBee suporta mais de 65 mil dispositivos e o Wi-Fi 32 por ponto de acesso (PORTHUGANTI e CHITNENI, 2014). Todos os protocolos têm uma capacidade para suportar estruturas de rede mais complexas construídas a partir das respectivas células básicas como:

Scatternet para Bluetooth; Peer-to-peer para UWB; Árvore de cluster ou redes de malha para ZigBee; ESS para Wi-Fi.

3.6.5.3 Consumo de energia

Bluetooth e ZigBee são destinados para produtos portáteis, distâncias curtas, e energia da bateria limitada. Consequentemente, elas oferecem baixo consumo de energia e, em alguns casos, não chegam a afetar a vida da bateria. UWB é proposto para aplicações de baixo alcance e alta taxa de dados. Por outro lado, Wi-Fi foi concebido para uma ligação mais longa e suporta dispositivos com uma fonte de alimentação substancial (PORTHUGANTI e CHITNENI, 2014).

Os protocolos Bluetooth e ZigBee consomem menos energia em comparação com UWB e Wi-Fi, como pode ser visto na figura 23.

FIGURA 23 - Consumo de energia entre as tecnologias

(Fonte: PORTHUGANTI e CHITNENI, 2014)

64 3.6.5.4 Considerações sobre as tecnologias As tecnologias Bluetooth e ZigBee são muito parecidas nos quesitos distância, capacidade, topologia de rede, segurança, qualidade e consumo de energia. Assim como o Bluetooth, o ZigBee possui uma ampla variedade de necessidades industriais reais, tem baixo consumo, maior alcance útil, e possui a vantagem da arquitetura “mesh” (PORTHUGANTI e CHITNENI, 2014).

O quadro 2 apresenta um comparativo das características entre os protocolos estudados.

QUADRO 2 - Características dos protocolos Wireless

(Fonte: PORTHUGANTI e CHITNENI, 2014)

Bluetooth e ZigBee são adequados para aplicações de

baixa taxa de dados. Por outro lado, para implementações de alta taxa de dados (tais como sistemas de vigilância de áudio / vídeo), UWB e Wi-Fi seriam as melhores opções (CONCEIÇÃO JUNIOR, 2012). Segundo Conceição Junior (2012, p.17),

Portanto, que mesmo o Bluetooth tendo taxas de transmissão de dados superiores ao ZigBee, a sua aplicabilidade em ambientes industriais é limitada. Por este ser mais intolerante a interferências eletromagnéticas e de incidências naturais e o seu consumo energético ser maior do que o ZigBee, restringindo o uso da rede elétrica como fonte de alimentação.

ZigBee Bluetooth UWB WI-FI

IEE 802.15.4 IEE 802.15.1 IEE 802.15.3a IEE 802.11b

FABRICANTE ZigBee Alliance Bluetooth SIGUWB Forum and

WiMedia AllianceWI-FI Alliance

TopologiaMalha, Estrela,

ArvoreEstrela Estrela Estrela

Frequência RF 2.4 GHz 2.4GHz3.1 a 10.6 GHz

(U.S.)2.4 GHz,

Taxa de Dados 250 kbits/s 723 kbits/ss110 Mbits/s a

1.6 Gbits/s

11 a 105

Mbits/s

Alcance 10 a 300 m 10 m 4 a 20 m 10 a 100m

Consumo de Energia Muito Baixo Baixo Baixo Alto

Sensibilidade a ruído Baixa Alta Alta Alta

Dispositivos por Rede 65000 8 128 32

Tecnologia de Redes Sem Fio (Wireless)

CARACTERÍSTICA

65 3.7 Comunicação ZigBee via módulo XBee

Um exemplo de tecnologia ZigBee é o módulo Xbee, que utiliza o protocolo ZigBee embutido no seu microcontrolador e possibilita a utilização do protocolo nas mais variadas aplicações e projetos, sendo utilizado como transmissor e receptor de dados (HERNANDEZ, KALIL, 2014). O Xbee é fabricado pela Digi, fabricante de componentes de comunicação sem fio. O Xbee é um módulo que possibilita que os desenvolvedores façam as modificações que entenderem como necessárias para a comunicação entre os diversos dispositivos da rede, desde que usem o padrão disponibilizado pelo fabricante do componente, para que não haja problemas de incompatibilidade durante a elaboração do projeto (HERNANDEZ; KALIL, 2014). Em redes ZigBee, são estruturadas em frames todas as mensagens que transitam no sistema. O formato dos dados que são enviados na comunicação entre os dispositivos Xbee é definido por uma API própria que gerencia os módulos através por outros programas e dispositivos utilizados no desenvolvimento do cenário, como por exemplo, com o Arduino (HERNANDEZ; KALIL, 2014). A figura 24 apresenta o encapsulamento do módulo Xbee.

FIGURA 24 - Exemplo de módulo XBee

(Fonte: DIGI, 2015)

66

Especificações do XBee 3.7.1 Segundo Kinney (2003), seguem algumas características do XBee:

Rendimento da Potência de saída: 1 mW (0 dBm); Alcance em ambientes internos ou zonas urbanas: 30m; Alcance RF em linha visível (ambientes externos - 100m); Sensibilidade do receptor: -92 dBm; Frequência de operação: ISM 2.4 GHz; Taxa de dados de RF: 250.000 bps; Taxa de dados da Interface (Data Rate): 115.200 bps; Tensão de alimentação: 2,8V à 3.4V; Corrente de transmissão (típico): 45 mA; Topologia de Rede: Peer-to-peer (Par-a-par), ponto-a-

ponto, ponto-a-multiponto e malha; Criptografia: 128-bit AES; Faixa de frequência: 2.4000 - 2.4835 GHz;

3.8 Trabalhos correlatos

Gomes e Tavares (2013), abordaram o uso da plataforma Arduino no desenvolvimento de uma solução para gerenciar processos insustriais com uma solução de baixo por meio de uma solução de um servidor web no microcontrolador, onde o Arduino é acessado via interface de rede através de uma página web que centraliza o controle sobr várias placas localizaas dentro da planta industrial.

Foi desenvolvida por Conceição Junior (2012), um estudo comparando o desempenho de dois protocolos de comunicação sem fio no ramo de automação Industrial, o ZigBee e o Bluetooth. A análise foi baseada em características físicas e na tecnologia desses dois padrões, o ZigBee provou ser mais aplicável na comparação com o Bluetooth. As taxas de transferência de dados do ZigBee em comparação com o Bluetooth são menores, mas o ZigBee consome menos energia, fator fundamental em ambientes industriais. Apesar de alguns autores defenderem o

67 uso do Bluetooth para transmissão de dados sem fio, o trabalho concluiu que mesmo o Bluetooth tendo taxas de transmissão maiores que o ZigBee, sua aplicação no ambiente industrial não é viável com relação a confiabilidade, o ZigBee se mostrou muito mais estável e imuni a ruídos, característica de ambientes industriais.

Avelino (2003), implementou um sistema de monitoramento automático em hospitais para o controle da temperatura no armazenamento de remédios. O sistema tinha a função de realizar medições frequentes de refrigeração de remédios, utilizando dispositivos baratos e que pudessem se comunicar via rede, tendo baixo consumo de energi e que suportassem altas temperaturas. A necessidade de controle da temperatura era vital para a conservação dos remédios. O método tradicional para controle dos remédios era um funcionário que diariamente realizava a medição da temperatura do estoque para manualmente. No entanto, isso não garantia que após a realização desta medição por parte do funcionário a temperatura se manteria igual. O autor deste trabalho menciona o estudo de dois padrões para transmissão de dados sem fio, o RFID e o WI-FI, mas sugere que não seriam soluções viáveis, devido ao elevado custo de implantação, sendo pouco atraente para hospitais de pequeno e médio porte. E propôs uma solução de monitoramento da temperatura através de uma rede sem fio que utilizava dispositivos Xbee e de um microcontrolador Raspberry Pi. Os resultados comprovaram que a solução é viável, além de ser possível implementar um mecanismo de controle de energia. No entanto, o Raspberry Pi não é necessário, visto que o Arduino o substituiria com a mesma eficiência, além de ter preço mais acessível e ser mais adequado para redes de sensores.

O projeto de Silva e Fruett (2010), implementou uma rede sem fio de sensores para monitoramento das características do meio ambiente como no movimento de massa, possibilidade de chuvas, focos de incêndio e queimadas e analise da temperatura. Ele utilizou a tecnologia ZigBee como protocolo de comunicação, o Xbee como modulo físico e o LPC 1114 como microcontrolador. Os resultados obtidos foram satisfatórios, mas com relação ao microcontrolador LPC, vale ressaltar, que ele é recomendado para usuários com nível avançado de

68 programação, sendo mais adequado para usuários não avançados o Arduino, quando o objetivo é implementar rede de sensores.

3.9 Prototipagem

A prototipagem é o processo de construir um sistema experimental rapidamente e a baixo custo para demonstração e avaliação, de modo que os futuros usuários do sistema possam melhor determinar os requerimentos dele (REZENDE, 2005, p.134). Conforme definido por Dym et al. (2009, p. 185), “Os protótipos são modelos originais nos quais algo é padronizado”, eles são as primeiras formas em escala natural e normalmente funcional do projeto final.

Os protótipos destinam-se a demonstrar que um produto funcionará conforme foi projetado, de modo que são testados em seus ambientes operacionais reais ou em ambientes não controlados, semelhantes o mais próximo possível de seus “mundos reais” relevantes (DYM et al, 2009, p. 185).

No contexto de sistemas embarcados, onde o uso de hardware e software são incorporados em um dispositivo com um objetivo pré-definido, uma solução que tem se destacado como uma opção para criação de protótipos (ou mesmo produto final) é o Arduino. Originalmente desenvolvido para ser usado como ferramenta para projetos de computação por designers e estudantes, o Arduino tem sido adotado como ferramenta para uma comunidade de inventores e curiosos na construção e prototipagem de seus próprios projetos (EVANS, NOBLE e HOCHENBAUM, 2013, p. 4).

69 4 ETAPAS DE DESENVOLVIMENTO DE PROJETO

Todos os produtos desenvolvidos e fabricados pela empresa estudada para este projeto são testados através de Dispositivos de teste desenvolvidos pela própria empresa. Eles são compostos por computador, CLPs, cabeamento de controle e potência, placas de aquisição de sinais e relés isoladores, montados dentro de um painel com um monitor, para que um operador possa acompanhar o teste.

O diagrama de blocos da figura 25 apresenta as partes que compõem o sistema de teste, destacando o circuito de controle e de potência.

FIGURA 25 - Partes do Sistema de Teste Atual

(Fonte: O autor)

Atualmente existem mais de 15 Dispositivos de teste em

funcionamento na empresa de estudo deste projeto, com capacidade para testar 1.500 produtos/dia. Na figura 26 tem-se um exemplo de dois Dispositivos de teste, responsáveis pelo teste de servo-conversores de frequência.

70

FIGURA 26 - Dispositivos de teste para Servo-Conversores

(Fonte: O autor)

A acordo com o referencial teórico abordado no capitulo 2,

seguem as etapas de desenvolvimento do projeto. 4.1 Projeto informacional

Esta fase de projeto informacional destina-se a definição das especificações de projeto do produto. Esta é uma fase de grande importância, pois além de facilitar a compreensão e a descrição do problema de forma tanto quantitativa como qualitativa, ela fornece a base na qual serão montados os critérios de avaliação de todas as tomadas de decisão existentes nas etapas posteriores do processo de projeto.

Desta forma, apresenta-se neste capítulo o contexto que justifica o desenvolvimento de um modelo que substitua ou reduza o cabeamento no sistema de teste, assim como as necessidades e requisitos dos usuários deste produto, sendo que com estas informações são elaboradas as especificações de projeto.

71

Fatores de Influência no projeto 4.1.1

Como este projeto será apenas para utilização interna da empresa não foi realizado pesquisa para levantar patentes, foram apenas feitos estudos no mercado com relação a produtos similares. A empresa visa desenvolver soluções internas e detém tecnologia e uma variedade de componentes para o desenvolvimento desta aplicação, por este motivo torna-se mais viável o desenvolvimento interno deste sistema.

As especificações de projeto constituem uma lista de objetivos que o produto a ser projetado deve atender. A sequência de etapas seguidas na geração das especificações de projeto é:

Definição do ciclo de vida do produto; Definição das necessidades do projeto; Conversão das necessidades em requisitos dos clientes; Conversão dos requisitos dos clientes em requisitos de

projeto; Avaliação dos requisitos dos clientes x requisitos de

projeto; Definição das especificações de projeto.

Definição do ciclo de vida do produto 4.1.2 O ciclo de vida do modelo para redução ou eliminação do cabeamento foi definido como sendo constituído das seguintes fases:

Projeto; Fabricação; Testes; Utilização; Manutenção; Descarte.

72 Depois de definido o ciclo de vida do produto, foi efetuada a identificação dos clientes do projeto, os quais foram definidos como sendo clientes internos. Os clientes internos são todos os relacionados ao processo de desenvolvimento do produto envolvendo as áreas funcionais de projeto, operação e manutenção.

Levantamento das necessidades dos clientes 4.1.3 Neste projeto, a identificação das necessidades dos clientes se deu com base na experiência da equipe, formada pela equipe que desenvolve os Dispositivos de teste atuais e no corpo de conhecimento da empresa. Esta é a lista nas necessidades obtidas pelos Clientes de Projeto formada pelas equipse de desenvolvimento, testes e qualidade:

Reduzir o cabeamento entre o produto e o Dispositivo de teste;

Ser flexível para atender a uma gama de produtos e ser adequada às necessidades da empresa;

Ser compacto, permitindo ficar próximo do produto em teste;

Ser confiável; Ter baixo custo de fabricação; Ser seriado (possível de replicar facilmente); Utilizar, sempre que possível, os recursos da empresa na

sua fabricação.

Para que o sistema seja flexível, ele deve ser capaz de testar todos os produtos da empresa, possuindo as funcionalidades com quantidades adequadas para cada produto. Para este projeto foi utilizado como base dois produtos industrializados pela empresa, os quais possuem o maior número de funcionalidades, um CLP e um Inversor de Frequência.

73

Conversão das necessidades dos clientes requisitos 4.1.4 Após terem sido identificados os requisitos dos clientes, eles devem ser convertidos em requisitos. A conversão dos requisitos dos clientes em requisitos de projeto constitui-se na primeira decisão física sobre o produto que está sendo projetado. Esta ação define parâmetros mensuráveis, associados às características definitivas que o produto deverá apresentar, razão pela qual esta etapa é um momento bastante importante para o processo de projeto. A seguir são apresentados os requisitos dos clientes, convertidos com base em cada necessidade já informada.

Projeto sem cabos ou com o minimo necessário; Projeto com características que atendam a todos os

produtos; Tamanho reduzido; Sistema robusto; Circuitos simples e sem complexidade; Baixo custo de fabricação; Projeto de acordo com as especificações do processo

fabril; Utilizar o maior número de componentes ja disponíveis na

empresa.

Conversão dos requisitos dos clientes em de projeto; 4.1.5 Do cruzamento entre linhas e colunas foram gerados os requisitos de projeto. A matriz utilizada neste trabalho é ilustrada no Quadro 3.

74

QUADRO 3 - Requisitos dos clientes

(Fonte: O autor)

Como resultado da aplicação desta matriz foram identificados 8 requisitos de projeto, os quais são relacionados a seguir:

Desempenho; Fabricação; Praticidade; Tamanho; Capacidade; Complexidade; Operação; Manutenção.

Avaliação dos requisitos dos clientes x de projeto 4.1.6 Para este projeto não foi necessário utilizar a matriz da qualidade para se definir quais eram os requisitos mais importantes, todos tem o mesmo peso e devem ser atendidos, as melhores concepções serão apresentadas na fase conceitual.

DE

SE

MP

EN

HO

FA

BR

ICA

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MA

NU

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ÃO

.

Sem cabos ou com o minimo necessário

Funcionalidades que atendam a todos os produtos

Tamanho reduzido

Sistema robusto

Circuitos simples e sem complexidade

Baixo custo de fabricação

Pode ser montado na fábrica da empresa

Utilizar o maior numero de componentes da empresa.

Requisitos dos clientes

Atributos específicos do produto

75

Lista de especificações do projeto 4.1.7 A etapa final do projeto informacional é a definição das especificações de projeto, levando em conta os objetivos e restrições do projeto. Neste trabalho, a lista de especificações de projeto engloba a maior parte dos requisitos de projeto levantados no transcorrer do projeto informacional. A lista de especificações serviu como uma baliza nas fases subsequentes deste projeto, embora existam especificações tais como o custo de manutenção, a vida útil, a frequência de manutenção e o tempo de manutenção, que não poderão ser utilizadas para a avaliação do produto na fase de testes do protótipo, pois dependem de uma utilização mais prolongada do sistema para a observação do seu comportamento ao longo do tempo. O Quadro 4 apresenta a lista de especificações para o produto em desenvolvimento.

QUADRO 4 - Lista de especificações para o produto

(Fonte: O autor)

4.2 Projeto conceitual Neste capítulo são mostrados os procedimentos adotados na geração de concepções alternativas de produto a partir da análise das especificações de projeto levantadas no projeto informacional. A sequência de ações seguidas no processo de conversão de especificações técnicas em representações físicas de produto se baseia nas seguintes etapas:

Requisitos dos clientes Valor Meta Forma de avaliação Aspecto Indesejado

Sem cabos ou com o minimo necessário Sim ou NãoVerificar projeto, lista de material

e fornecedoresUtilizar mais de 1 cabo de controle

Funcionalidades que atendam a todos os

produtosSim ou Não

Comparar projeto com a

especiificação

Falt de alguma funcionalidade que não

atenda a realidade

Tamanho reduzido Sim ou NãoComparar projeto com a

especiificação

não é possível ser feita a instalação, local

não atende dimensões.

Sistema robusto Sim ou NãoVerificar projeto, lista de material

e fornecedoresComponentes especiais e caros

Circuitos simples e sem complexidade Sim ou Não Analisar recursos e fornecedores Circuitos complexos

Baixo custo de fabricação < R$ 2.000,00Verificar custos de fabricação e

comparar com o previstoelevado custo de fabricação

Pode ser montado na fábrica da empresa Sim ou NãoComparar projeto com a

especiificação da fábricaprocesso complexo de montagem

Utilizar o maior numero de componentes da

empresa.> 90%

Verificar projeto, lista de material

e forncedores

nenhum componente da empresa

utilizado

76

Definição da estrutura funcional do produto; Pesquisa por princípios de solução alternativos para cada

função; Combinação dos princípios de solução de modo a

compor concepções alternativas; Seleção das concepções mais viáveis.

Definição da estrutura funcional do produto 4.2.1 Conforme apresentado no segundo capitulo, na estrutura funcional do produto são definidas as estruturas globais e detalhamento das funções do produto. 4.2.1.1 Função Global A função global do sistema projetado foi definida como “Eliminar ou reduzir a quantidade de cabos do circuito de controle do sistema”, esta expressão é a representação sintetizada do problema de projeto. O diagrama da função esta detalhada na figura 27.

FIGURA 27 - Função Global do Sistema

(Fonte: O autor)

77 4.2.1.2 Funções parciais Após a definição da função global, é necessário estabelecer as funções parciais da estrutura funcional do sistema, que possibilitaram a identificação de princípios de solução, que combinados são capazes de atender a função global do produto. O quadro 5 apresenta as funções parciais do sistema.

QUADRO 5 - Funções parciais

(Fonte: O autor)

Pesquisa por princípios de solução alternativos 4.2.2 Depois de se definir a estrutura funcional do produto, iniciou-se a busca por princípios de solução que atendessem a cada uma das funções contidas nesta estrutura. O quadro 6 mostra a matriz morfológica em detalhes obtida no estudo.

QUADRO 6 - Matriz morfológica

(Fonte: O autor)

Função Descrição da Função Entrada Saída

Comunicação com o

Sistema

Meio pelo qual o sistema se comunica

com o dispositivo

sistema

envia

sinal

dispositivo

recebe sinal

Execução das funçõesMeio pelo qual a função é aplicada no

produto

recebe

função

Executa

função

Isolação dos sinaisMeio pelo qual há um isolamento dos

sinais

recebe

sinal

isola e envia

sinal isolado

1 2 3

Comunicação com o

Sistema

Cabo serial ou

EthernetWI-FI ZigBee

Execução das funçõesCLP

convencionalRaspBerry Arduino

Isolação dos sinais

Placa de

aquisição de

sinais

Circuito

eletrônico

dedicado

Funções elementaresPrincípio de soluções

78

Combinação dos princípios de solução 4.2.3 Para atender aos requisitos do projeto é necessário eliminar o cabeamento de controle entre o produto e o Dispositivo de teste de testes, com isso as funcionalidades de teste das entradas e saídas devem ser executadas próximas do produto. Foram estudadas duas concepções mais apropriadas para atender a estes requisitos.

A primeira opção consiste em implantar um CLP e colocá-lo ao lado do produto (isso diminuiria significativamente o tamanho do cabeamento), mas seria necessário implantar um pequeno painel para instalá-lo. Também seriam necessários relés isoladores e cabos, o que deixaria de atender aos requisitos: compacto, barato e seriado, não havendo um ganho notável para o sistema atual.

A segunda opção consiste em desenvolver uma placa eletrônica capaz de realizar as funções do sistema de teste, conectada o mais próximo possível dos conectores do produto, podendo até ser incorporado ao sistema de conexão que futuramente será automatizado.

Esta placa deve ter todas as funcionalidades necessárias, já optoacopladas, para simular os sinais nas entradas e saídas do produto, todos os componentes estarão em uma mesma PCI, tornando fácil a sua fabricação e troca em caso de avaria. Com isso seriam atendidos os requisitos do projeto.

Seleção das concepções mais viáveis. 4.2.4

A partir do cruzamento de sugestões de soluções é feita a matriz de avaliação de concepções, tendo como parâmetros de decisão os requisitos de projeto. Para esta etapa foi escolhido com base nas pesquisas apresentadas no referêncial teórico o seguinte cruzamento:

Comunicação com o Sistema: ZigBee; Execução das funções: Arduino; Isolação dos sinais: Circuito eletrônico dedicado.

79 4.3 Projeto preliminar Nesta fase de projeto, são levantadas as características técnicas de funcionamento do protótipo, para que seja possível determinar as características finais do produto.

Para que o sistema seja flexível a ponto de atender uma gama adequada de produtos, ele deverá ser adaptável quanto a quantidade de funcionalidades. Para este projeto foi utilizado como base dois produtos industrializados pela empresa, os quais possuem o maior número de funcionalidades, um CLP e um Inversor de frequência.

Características funcionais do protótipo. 4.3.1 Para o desenvolvimento do circuito eletrônico, é necessário

levantar quais as funções desejadas e quais as quantidades de cada função. 4.3.1.1 Características do CLP:

Número de entradas digitais: 10 Número de saídas digitais: 9 Número de entradas analógicas: 1 Número de entradas analógicas: 1 Número de entrada de Encoder: 1 (de 5V a 12V) Resolução das entradas analógicas: 12Bits Resolução das saídas analógicas: 10Bits Faixa de operação das entradas analógicas: 0V a +10V Faixa de operação das saídas analógicas: 0V a +10V Faixa de operação do Encoder: 0 - 100KHz

80 4.3.1.2 Características do Inversor de frequência:

Número de entradas digitais: 6 Número de saídas digitais: 3 (saídas a relé) Número de entradas analógicas: 2 Número de entradas analógicas: 2 Número de entrada de Encoder: (acessório, de 5V a 12V) Resolução das entradas analógicas: 11 e 12Bits Resolução das saídas analógicas: 11Bits Faixa de operação das entradas analógicas: 0V a +10V Faixa de operação das saídas analógicas: 0V a +10V Faixa de operação do Encoder: 0 - 100KHz

Com base nas características do CLP e Inversor, podem-se definir as características mínimas do protótipo, a fim de atender a todos os requisitos acima citados. 4.3.1.3 Características mínimas do Protótipo

Número de entradas digitais: 9 Número de saídas digitais: 10 Número de entradas analógicas: 2 Número de entradas analógicas: 2 Simulador de Encoder: 1 Resolução das entradas analógicas: + de 12Bits Resolução das saídas analógicas: + de 11Bits Faixa de operação das entradas analógicas: 0V a 10V, 0 a

20mA ou 4 a 20mA Faixa de operação das saídas analógicas: 0V a 10V, 0 a

20mA ou 4 a 20mA Faixa de operação do Encoder: 0 - 100KHz

81

Projeto de hardware da Interface I/O wireless 4.3.2 Com base nos sistemas de teste atuais da empresa, e na

dificuldade de conexão de cabos nos produtos durante o procedimento de testes dos produtos, surgiu-se a necessidade da eliminação ou redução destas conexões e cabos, através de um upgrade do sistema atual. Para eliminar os cabos do sistema, surgiu a necessidade de desenvolver um sistema através de uma interface de comunicação serial via cabo ou sem fio, esta deve ser capaz de substituir o sistema de I/Os e realizar os ensaios com a total confiabilidade. Conforme as características mínimas apresentadas, o protótipo deve ser composto por um circuito de comunicação wireless e serial (para reduzir ou eliminar os cabos de controle), ter a capacidade de comunicação com o produto por meio de sinais digitais e analógicos (para simular e ler as funcuinalidades do produto) e ainda um circuito eletrônico com microcontrolador para gerenciar todos os outros circuitos. Para isto necessitou-se de circuitos conversores analógico-digitais (A/D) e digitais/analógicos (D/A), circuito de comunicação serial RS232 e circuitos digitais isolados.

Como os produtos da empresa disponibilizam alimentação pelos bornes de conexão, ou possuem o circuito de controle energizado por fonte externa, a placa (interface) não necessita de alimentação própria, apenas deve ser capaz de adequar a tensão de alimentação a todos os circuitos que a compõe. O diagrama de blocos da figura 28 apresenta como ficará o sistema futuro após a implementação da versão final da interface wireless.

82

FIGURA 28 - Sistema de Teste Futuro

(Fonte: O autor)

Para que o protótipo seja capaz de se comunicar com um

computador e executar algumas funções, optou-se pela utilização de um microcontrolador. No mercado existem diversas ferramentas que facilitam o desenvolvimento deste tipo de sistema, de acordo com o apresentado no refencial teórico com relação a microcontroladores, foi escolhido um microcontrolador embarcado em plataforma Arduino, facilitando o desenvolvimento das etapas iniciais deste projeto.

Dentre as opções de configuração da plataforma Arduino disponíveis no mercado, foi escolhido um equipamento que possui grande capacidade, neste quesito destaca-se o Arduino Due, ele tem maior capacidade entre os que o antecederam.

Definida a plataforma de programação, o próximo passo do projeto foi a pesquisa para o desenvolvimento dos circuitos eletrônicos, que interligam e adequam os sinais entre o microcontrolador e o produto. Para atender ao requisito “utilizar recursos da empresa” optou-se por utilizar circuitos e componentes já homologados e que estão em utilização em outros produtos da empresa. A figura 29 mostra um diagrama de blocos das funcionalidades necessárias na Interface.

83

FIGURA 29 - Escopo projeto interface I/O wireless

(Fonte: O autor)

Como o intuito deste projeto é utilizar o maior número de

componentes já presentes na empresa, para cada módulo foram estudados todos os circuitos eletrônicos já disponíveis nos produtos da empresa. Os circuitos necessários com suas características para atender aos produtos estudados foram:

Saídas Digitais, 0V a 24V de tensão de saída; Entradas Digitais, 0V a 24V de tensão de entrada; Saídas Analógicas -10 a +10V de tensão de saída; Entradas analógicas, -10 a +10V de tensão de entrada ou

4mA a 20mA de corrente; Circuito de Alimentação, capaz de gerar todas as fontes

através da alimentação de 24V disponível nos conectores do produto;

Simulador de Encoder, com possibilidade de adequação da tensão do Encoder entre 0V a 30V;

Um Fluxograma que explica como são convertidos os sinais entre o produto e a interface é apresentado no apêndice A. Estes circuitos serão detalhados no subcapítulo a seguir.

84

Circuitos eletrônicos 4.3.3 Os circuitos eletrônicos utilizados no desenvolvimento do protótipo são:

Saídas digitais Entradas digitais Circuito isolador de sinal Comunicação SPI para sinais analógicos Circuito de conversão analógica (AO) Entradas analógicas de 16 bits Circuito de conversão analógica (AI) Saídas analógicas de 16 bits Entrada analógica em modo corrente Circuito de alimentação Simulador de Encoder

4.3.3.1 Saídas digitais

O circuito de saída digital deve adequar o sinal de saída do

microcontrolador com o sinal de entrada no produto, isolar a comunicação, protegendo o microcontrolador contra possível energia estática ou interferências. A seguir serão detalhados os componentes principais responsáveis por esta função.

Drivers isoladores: o driver tem por finalidade adequar o nível de tensão do processador (3.3V) ao nível de tensão de acionamento dos optoacopladores (5V), como também eliminar possíveis falhas por ruídos fazendo um filtro no sinal de entrada. Um componente utilizado foi o CI SMD 74AC244, ele é um avançado CMOS, ideal para aplicações de baixa potência e alta velocidade de operação. Ele possui proteção contra descarga estática de até 2KV protegendo o microcontrolador.

A figura 30 mostra a imagem de seu encapsulamento com a respectiva pinagem.

85

FIGURA 30 - Encapsulamento CI SMD 74AC244

(Fonte: TEXAS, 2003)

Optoacopladores bidirecionais: para que este circuito

atenda a todos os produtos, sua saída deve ser “BIDIRECIONAL”, com isso é possível ter fluxo de corrente em ambos os sentidos, e como as saídas tem uma mesma referência, esta pode ser tanto positiva, quanto negativa em qualquer valor de tensão entre 0V e 24V, tornando flexível a conexão com a referência padrão do produto.

O componente utilizado, TLP222A, funciona com um diodo emissor luz infravermelha opticamente acoplado a um foto-MOSFET, capaz de suportar tensão de até 60V, eles são adequados para uso como controle Liga / Desliga para alta corrente. Seu encapsulamento pode ser visto na figura 31.

FIGURA 31 - Encapsulamento CI SMD TLP222A

(Fonte: TOSHIBA, 2002)

86 4.3.3.2 Entradas digitais

O circuito de entrada digital deve adequar e isolar o sinal

de saída do produto com o sinal de entrada no microcontrolador, a seguir serão detalhados os componentes principais responsáveis por esta função.

Optoacopladores: da mesma forma que as saídas digitais precisam ser flexíveis quanto a referência de tensão, as entradas digitais além de proteger o microcontrolador devem adequar qualquer sinal entre 0V e 24V no nível de 3,3V, por isso foi optado pelo optoacoplador TCMT4600, sua entrada é bidirecional, pois possui dois diodos emissores de luz, um para cada lado, com isso ele detecta a passagem de corrente em ambos os sentidos atendendo ao requisito flexibilidade. Como ele é isolado galvanicamente, a sua saída pode ser ligada diretamente a entrada do microcontrolador. O encapsulamento deste componente pode ser visto na figura 32.

FIGURA 32 - Encapsulamento TCMT4600

(Fonte: (VISHAY, 2015)

4.3.3.3 Circuito isolador de sinal

Este circuito eletrônico tem a função de isolar o sinal entre

o produto e o microcontrolador, além de adequar a tensão do circuito com a tensão de saída do mesmo. Foi utilizado o circuito integrado ADuM1200BRW, este CI é um isolador digital unidirecional de dois canais, ele utiliza transformadores monolíticos combinados com a alta velocidade da tecnologia

87 CMOS em vez de LEDs e foto-transistores, ele transmite os dados através de uma barreira de isolamento, reduzindo o circuito eletrônico e obtendo maiores taxas de dados, oferecendo assim melhores características de tempo, ele também consume menos energia do que optoacopladores. Seu encapsulamento pode ser visto na figura 33.

FIGURA 33 - Diagrama CI SMD ADUM1200BRW

(Fonte: DEVICES, 2005)

4.3.3.4 Comunicação SPI para sinais analógicos

Para comunicar os CIs de entrada e saídas analógicas de 16Bits com o microcontrolador, foi necessário desenvolver o protocolo de comunicação SPI (conforme já referenciado no capitulo 2), estudar a particularidade do funcionamento para cada CI e converter os dados de acordo com a resolução do circuito. Outro ponto importante é o fato de se ter tensão negativa, neste caso os circuitos integrados utilizados necessitam receber o valor da resolução sem sinal, e por isso ele foi convertido utilizando-se o método “complemento de dois”, conforme apresentado no referencial teórico. 4.3.3.5 Circuito de conversão analógica (AO)

Após os sinais estarem devidamente isolados e adequados

desenvolveu-se o circuito de conversão analógica, este circuito é formado por 2 AMPOPS (amplificadores operacionais de ganho elevado) de forma a transmitir e converter a modulação de PWM

88 gerada pelo microcontrolador em um sinal analógico variável na entrada do produto. O circuito AMPOP utilizado foi o CI LMC6482, seu encapsulamento pode ser visto na figura 34.

FIGURA 34 - Encapsulamento CI SMD LMC6482

(Fonte: TEXAS, 2013)

4.3.3.6 Saídas analógicas de 16 bits

Para adequar a resolução da função com as necessidades do projeto, foi desenvolvido um circuito com um conversor de 16Bits. O CI escolhido foi o CI DAC714U, que é um CI de conversão digital para analógica (D/A) com resolução de 16 Bits e comunicação serial via SPI. O esquema de pinagem pode ser visto na figura 35. A comunicação é ativada pelas entradas A0 e A1, a saída SDO controla a comunicação de um segundo CI na configuração “cascata”. CLK é a referência de clock, SDI é o pino de entrada do sinal digital, sinal que passa pelo conversor D/A acionando a saída no nível de tensão desejado.

FIGURA 35 - Esquema de pinagem do DAC714

(Fonte: TEXAS, 2005)

89 4.3.3.7 Circuito de conversão analógica (AI)

O circuito de conversão analógica é relativamente simples,

pois o microcontrolador pode receber o mesmo tipo de sinal da entrada, apenas adequando o ganho do sinal com a tensão máxima. Este circuito deve ser formado por dois CIs AMPOPs, um CI recebe e atenua o sinal e o outro adequa o mesmo de acordo com a entrada do microcontrolador. O CI AMPOP utilizado é o TL082. Para isolar os sinais e fontes foram utilizados indutores nas entradas. O seu encapsulamento pode ser visto na figura 36.

FIGURA 36 - Encapsulamento CI AMD TL082

(Fonte: TEXAS, 2015)

4.3.3.8 Entradas analógicas 16 bits

O CI escolhido para o circuito de entrada analógica de 16 Bits foi o CI ADS8513, ele é um circuito de conversão analógica para digital (A/D) com resolução de 16 Bits e comunicação via SPI. O esquema de pinagem pode ser visto na figura 37. As entradas R1, R2, R3, BUF, CAP são as referências para medição do sinal, este sinal passa pela CDAC (calibração capacitiva, comumente utilizada para reduzir os erros de linearidade induzida por incompatibilidade e aproximação, é um conversor analógico para digital empregando matrizes de capacitores), este sinal convertido em binário é enviado via serial para o microcontrolador por meio da saída SDATA.

90

FIGURA 37 - Esquema de pinagem do ADS8513

(Fonte: TEXAS, 2009)

Para adequar o sinal da entrada analógica para a entrada

do CI ADS8513 foi utilizado o CI OP177GS, ele é um amplificador operacional de alta precisão, seu encapsulamento é apresentados na figura 38.

FIGURA 38 - Encapsulamento CI OP177GS

(Fonte: DEVICES, 2012)

Com isso o protótipo recebeu um circuito de entradas e saídas analógicas, com resolução de 16bits e comunicação via SPI. 4.3.3.9 Entrada analógica em modo corrente

Um requisito para a função de entrada analógica é a opção

de habilitar para modo corrente, para ativar o modo corrente é necessário aplicar uma carga na entrada do circuito, isso se dá através de um circuito com optoacoplador atuando com chave para acoplar uma carga em paralelo com a entrada, o CI optoacoplador utilizado foi o TLP222A já mencionado no capítulo sobre saídas digitais.

91 4.3.3.10 Circuito de alimentação

O fornecimento de energia é dado pelo próprio produto em

teste através de seus conectores, os produtos disponibilizam uma fonte CC de 24V, seja diretamente ou através de fonte externa e é esta que alimentará a placa eletrônica.

Para que seja possível o correto funcionamento dos circuitos, a tensão precisa ser adequada para diversos níveis como: 3,3V para alimentar o microprocessador, +5V para as DIs e DOs, e +15V e -15V para as AIs e AOs.

O componente principal responsável pela adequação de 3 das 4 tensões necessárias é o CONVERSOR DC/DC FEC40-24T0515, que sendo energizado com 24V fornece as tensões de +5V, +15V e -15V. Este componente oferece 40 watts de potência de saída com tensão de entrada entre 18-36VDC, 1600VDC de isolamento, curto-circuito e de proteção contra sobre tensão. É um componente adequado para telecomunicações, aplicação industrial, aplicações móveis de telecomunicações e equipamentos de teste.

O encapsulamento do conversor DC/DC FEC40-24T0515 pode ser visto na figura 39.

FIGURA 39 - Encapsulamento CONVERSOR

(Fonte: (VOLGEN, 2015).)

A tensão faltante de 3.3V que alimentará o processador será gerada a partir da fonte de 5V, disponibilizada pelo conversor através de um regulador que converte 5V em 3,3V, o CI utilizado foi o LD1086DT33TR e seu encapsulamento está disponível na figura 40.

92

FIGURA 40 - Encapsulamento CI LD1086DT33TR

(Fonte: ST, 2007)

4.3.3.11 Simulador de Encoder

Conforme descrito nos objetivos do projeto, um circuito que se busca desenvolver é um simulador de Encoder para eliminar a utilização de um equipamento real suscetível a falhas de mau contato. Este é capaz de gerar os mesmos sinais de um Encoder, controlado via software pelo microcontrolador. São 3 pares de sinais digitais que são gerados, cada par deve ter um sinal oposto ao outro (nível lógico invertido).

O circuito é composto por um isolador e adequador do sinal do microcontrolador e por um componente que duplique um sinal digital oposto para cada sinal de entrada. O primeiro componente responsável pela isolação e adequação é o SI8441. Ele é um isolador digital CMOS de baixo consumo. As taxas de dados de até 150 Mbps são suportadas. Ele adequa o sinal de 3,3V do microprocessador para 5V que é a tensão do circuito posterior. Seu encapsulamento pode ser visto na figura 41.

FIGURA 41 - Encapsulamento CI Isolador SI8441

(Fonte: SILICON, 2012)

93

Após isolado o sinal de um dos três canais, é necessário duplicá-los inversamente, e para isso foi escolhido o CI OL2068LF. Ele é um circuito integrado composto por 4 canais diferenciais que podem ser alimentados de 5V a 30V, ele também gera uma tensão interna de 5V que alimentará o CI SI8441. Tem uma velocidade de transferência de dados de 4MHZ.

Seu esquema de pinagem pode ser visto na figura 42.

FIGURA 42 - Esquema de pinagem CI OL2068LF

(Fonte: OPTOLAB, 2015)

4.4 Projeto detalhado

Na fase do projeto detalhado são definidos os passos de montagem, testes, aprovação do protótipo e as especificações de projeto para fabricação.

Montagem de hardware do protótipo 4.4.1 Para validar as características desenvolvidas, iniciou-se a montagem de um protótipo, com foco em ser utilizado prioritariamente os componentes eletrônicos já disponíveis na empresa. O produto utilizado como referências foi o CLP (produto com o maior número de sinais já incorporados na versão padrão entre todos os outros produtos da empresa). Procurou-se desenvolver os circuitos eletrônicos do protótipo

94 com base nos exemplos de circuitos já utilizados em outros produtos, adequando-os a esta aplicação. Após montados, foram de validá-los juntamente com o desenvolvimento do software. Como pode ser observado na figura 43, a montagem do protótipo foi centralizada na placa de desenvolvimento Arduino (d) e elaborando uma placa de fontes e de referência (a), para adequar todos os sinais que serão utilizados entre os circuitos. No Arduino foram acoplados circuitos de entradas e saídas digitais (b) e entradas e saídas analógica (c).

FIGURA 43 - Inicio montagem protótipo Arduino

(Fonte: O autor)

Para testar os circuitos e a comunicação, o protótipo foi montado em uma base com a PLC300 e com todo o cabeamento necessário, simulando uma situação real de teste. Para o teste das entradas e saídas analógicas de 12Bits é necessário um circuito com uma precisão maior (requisitos de engenharia). O próximo passo foi buscar um CI com precisão maior e que já fosse um componente utilizando internamente. Os CIs encontrados têm resolução de 16Bits, o que atendem a este requisito, como o CI DAC714u para saída analógica e o CI ADS8513 para entrada analógica.

95 Nesta fase do protótipo foi desenvolvido o circuito simulador de Encoder e adaptado sobre a placa de fontes, como é mostrado na figura 44.

FIGURA 44 - Protótipo montado com produto CLP

(Fonte: O autor)

Transmissão de dados wireless 4.4.2 Para eliminar a possibilidade de interferência e proteger a

placa de possíveis problemas de isolação com o painel, foi utilizado um transmissor wireless que transmite o sinal entre a interface e o PC.

A tecnologia sem fio utilizada é composta por 2 equipamentos rádio da plataforma XBee, modelo ZigBee-PRO ZB, eles têm a capacidade de transmissão de dados de até 30m com obstáculos, atendendo a aplicação que exige atualmente uma transmissão de até 10m.

96

Um equipamento de rádio foi conectado ao PC por meio de um módulo que converte a comunicação USB para serial RS232, e o outro foi conectado diretamente a plataforma Arduino através dos pinos de alimentação e comunicação serial direta. A figura 45 apresenta como ficou esta ligação.

FIGURA 45 - Conexão Arduino Due – Xbee – Computador

(Fonte: O autor)

Após a conclusão do hardware, iniciou-se o projeto da placa eletrônica.

Placa eletrônica 4.4.3 Com base nos requisitos técnicos obtidos através das características dos dois produtos mais completos, foram definidas as quantidades de cada função que o protótipo da interface deverá conter, como, entrada digital (DI), saída digital (DO), entrada analógica (AI) e saída analógica (AO), para projetar a versão completa da Interface.

97 4.4.3.1 Circuito eletrônico completo Interface

Considerando todas as quantidades de cada função expostas anteriormente nos requisitos do projeto, foi buscado o maior aproveitamento do microcontrolador com acréscimos na quantidade das funções para se obter uma placa de desenvolvimento o mais completa possível. Segue detalhamento das funções da versão completa da interface I/O, sendo entre parênteses os requisitos mínimos do projeto:

14 saídas digitais (9) 16 entradas digitais (10) 2 saídas analógicas de -10V a +10V e 16Bits (0V a 10V e

13Bits) 2 entradas analógicas -10V a +10V e 16Bits (0V a 10V e

12Bits) 1 simulador de Encoder (1) 2 entradas rápidas de PWM (0) 2 saídas rápidas de PWM (0) 4 saídas a relés (0)

Depois de concluídas estas definições, foi possível finalizar

o esquema eletrônico contendo todos os circuitos necessários para a fabricação da placa de circuito impresso final. Os circuitos principais do esquema eletrônico são apresentados no apêndice B.

4.4.3.2 Definição do Tamanho e Layout

A definição do tamanho para o protótipo foi considerada menos importante neste momento, visto que esta primeira versão será utilizada para a realização dos testes e validação em fábrica, como também facilitar o desenvolvimento e fabricação da mesma. Com esses requisitos a PCI ficou com dimensões de 180 x 161mm, o layout foi elaborado em dupla face contendo componentes nos dois lados da placa. O arquivo de layout das duas faces da PCI desenvolvido no software PCAD 2006 pode

98 ser vista no apêndice C. As documentações para a fabricação da PCI foram enviadas em caráter de protótipo para produzir 9 unidades. Após a validação dos testes, implantação de melhorias e possíveis modificações na sua concepção, para melhor atender cada família de produtos, a PCI será fabricada em caráter de pré-série, que serve para validar as modificações e compra de todos os dispositivos necessários para a montagem do cartão eletrônico no processo interno da empresa. Foram realizadas atividades como:

Desenvolver ou adaptar mecânica para a placa; Desenvolver Stencil para aplicação da liga de solda; Projetar Dispositivo de In-Circuit-Test; Fabricar Pallet de verniz, caso seja necessário; Elaborar documentação de montagem; Criar roteiro de fabricação.

4.4.3.3 Montagem da placa eletrônica

A placa eletrônica é composta por componentes utilizados nos circuitos eletrônicos como: resistores, capacitores, CIs, conectores, entre outros. Os circuitos são compostos por 74 valores diferentes de componentes, totalizando a quantidade de 327. A lista de componentes pode ser vista no apêndide F. Os componentes são do Tipo SMD (Surface Mount Device) e PHT (Pin Through Hole). A figura 46 apresenta a placa eletrônica montada.

99

FIGURA 46 - Placa eletrônica montada

(Fonte: O autor)

Software embarcado e protocolo de comunicação 4.4.4 Como o microcontrolador utilizado na elaboração do

circuito (SAM3X ARM) está embarcado em uma plataforma Arduino, o software utilizado para o desenvolvimento do programa principal foi o ambiente de programação (IDE) Arduino versão 1.5.6-r2. A linguagem de programação é compatível com C e a transferência do software é realizada via comunicação serial, (porta serial emulada pelo próprio Arduino via USB).Protocolo de comunicação

Como o meio de comunicação entre a interface e o computador central do sistema é serial, foi desenvolvido um padrão de mensagem simples apenas para validar o hardware desenvolvido. O método consiste em uma sequência de caracteres, onde são informados o código de função e endereço, para o fim de transmissão foi definido o caractere “.” (ponto final).

A tabela 1 apresenta as funções incorporadas ao software.

100

TABELA 1 - Códigos do Protocolo Serial

Descrição

Função Endereço Valor Código (Ex)

Digital Output

DO 38…53 0 ou 1 DO38=1.

Digital Input

DI 24…37 1 DI24=1.

Analog Output

AO 1..2 -10...+10 AO1=-300.

Analog Input

AI 1..2 1 AI1=1.

Gerador de Sinais

GS 1…4 0…399 GS1=255.

Encoder

EN 1 0…399 EN1=100.

Fast OUT

FO 1…2 0….1 FO1=0.

Fast IN

FI 1…2 0….1 FI1=1.

(Fonte: O autor)

Exemplo: Mensagem de comunicação do comando para

acionar a DO3 (Pino 40): DO40=1. O dois primeiros digitos dos dados representam a função

(DO), o terceiro representa o pino (40), para a entrada e saída digital e o endereço para as demais funções, após o sinal de igual tem-se o nível ou valor do sinal (1), que pode ser binário, tensão ou frequência de acordo com a função, para finalizar a transmissão foi definido o ponto final (.). Para a leitura de uma entrada, no código não é necessário o valor após o sinal de “=”, exemplo: (DI24=.), neste caso o software irá retornar o estado deste pino, qualquer valor entre o sinal de “=” e o “.” é desconsiderado. Caso haja alguma incoerência no código, nada acontece, pois, nenhuma condição será atendida e o PC não receberá a confirmação de realização da função, ocasionando um erro de comunicação e não uma falha falsa. Foi criado um fluxograma que representa o funcionamento do código, ele pode ser visto no apêndice D, já no apêndice E é apresentado o código fonte do software da Interface.

Custos de desenvolvimento e fabricação 4.4.5 Para o desenvolvimento e fabricação deste protótipo foram investidos mão de obra técnica, materiais disponíveis na empresa e compra de alguns materiais novos. Caso esta fosse a

101 versão final para fabricação em escala de produção, os custos de fabricação seriam os detalhados na tabela 2.

TABELA 2 - Custos de fabricação por placa

MATERIAL CUSTO

Componentes eletrônicos R$ 587,92

Arduino Due R$ 199,00

Conjunto Xbee ZigBee R$ 615,06

PCI R$ 121,00

MOB R$ 12,00

CUSTO TOTAL R$ 1.534,98 (Fonte: O autor)

102 5 TESTES E RESULTADOS OBTIDOS Para realizar os testes de validação da Interface foi utilizada a função “monitor serial” da IDE, nela foi possível escrever os códigos das funções que o sistema central enviará conforme já apresentado na tabela 1. 5.1 Teste dos sinais digitais e analógicos A validação das funções digitais foi realizada através de comandos enviados e recebidos pela serial. Ao enviar a informação pela porta serial para ativar uma saída ou realizar a leitura de uma entrada, o software desenvolvido retornava a informação solicitada ou ativava a saída desejada.

Todas as 16 saídas e as 14 entradas digitais foram testadas invertendo seu nível lógico de acordo com os comandos enviados pelo software de teste do sistema. Para comando de nível lógico alto, as saídas digitais chaveavam os optoacopladores, acionando as entradas do produto. Quando acionadas as saídas do produto em teste, as entradas digitais da interface informavam pela serial o nível lógico das entradas da interface, mediante a solicitação do software central. Com estes procedimentos o circuito de entradas e saídas digitais foram validados.

Com relação às funções analógicas, os CIs D/A e A/D com resolução de 16 Bits realizaram o controle do nível do sinal de tensão. A precisão da medição se deve as características dos CIs utilizados, garantindo uma resolução superior a 12Bits.

Nas simulações realizadas das entradas analógicas, foi aplicado uma tensão de 3,00V e o valor reportado na serial oscilava entre 9829 e 9831. Este valor era então transmitido para porta serial (mediante a solicitação através de um comando), a conversão de binário para decimal correspondia ao valor aplicado de 3,00V, comprovando a funcionalidade do circuito.

Na validação das saídas analógicas, o valor recebido pela interface na serial foi padronizado em décimos de volt. O software da interface convertia este valor decimal em escala

103 binária de 16 Bits de resolução. Para um valor decimal de 300 (décimos de volt) o valor lido na saída analógica foi de 3,002V, precisão comprovada pela equação abaixo:

O requisito era 14 Bits, então valor binário correspondente:16383

𝑹𝒆𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 =𝟏

𝟏𝟔𝟑𝟖𝟑= 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟔

Convertendo em porcentagem:

𝑹𝒆𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟔 × 𝟏𝟎𝟎 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟔%

Então quando for informado via serial 300 (3V), deverá ser

medido entre: 𝑺𝒂í𝒅𝒂 = 𝟑 + 𝟎, 𝟎𝟎𝟔% = 𝟑, 𝟎𝟏𝟖 𝑺𝒂í𝒅𝒂 = 𝟑 − 𝟎, 𝟎𝟎𝟔% = 𝟐, 𝟗𝟖𝟐

Deste modo a precisão desejada é de 2 digitos após a

virgula, o terceiro digito não é significante, comprovando a resolução do circuito.

5.2 Software simulador de Encoder

No decorrer do desenvolvimento do software surgiram

algumas dúvidas com relação a qual função de programação utilizar para a rotina do simulador de Encoder. A rotina do simulador não poderia sofrer atrasos de tempo de outras funções, para resolver este problema foram utilizados registradores de PWM. Com o uso da biblioteca DuePWM, foi possível controlar o PWM nos 3 canais do simulador sem interferências.

Após a montagem do simulador de Encoder, os sinais correspondentes deste circuito foram medidos com a utilização de um osciloscópio, verificando se a defasagem entre os canais (90º) estava correta (característica de um encoder real, visualizado na figura 47).

104

FIGURA 47 - Teste Simulador de Encoder

(Fonte: O autor)

Conforme apresentado na figura 48, o valor obtido estava

exatamente em 90º.

FIGURA 48 - Forma de onda do simulador de Encoder

(Fonte: O autor)

Além de função “simulador de Encoder”, pode-se utilizar este circuito como “gerador de sinais”, a biblioteca torna possível o controle da frequência individual de 4 canais, possibilitando o

105 uso desta função em outras aplicações como saídas digitais de PWM. 5.3 Teste de transmissão wireless

Com o objetivo de validar a transmissão de dados entre os dispositivos de rádio, foram efetuados testes em dois locais, o primeiro local foi em laboratório, onde o nível de transmissão oscilou entre 90% e 100% do sinal máximo, próximo da intensidade máxima de -39 dBm como mostra a figura 49.

FIGURA 49 - Teste de intensidade do sinal em Laboratório

(Fonte: O autor)

Para testar a transmissão em condições reais, o segundo local definido foi no próprio Dispositivo de teste, a figura 50 mostra o local de onde o rádio transmitia o sinal.

106

FIGURA 50 - Teste ZigBee em condições reais

(Fonte: O autor)

Os testes foram executados durante a rotina de verificação

de um produto de alta corrente (entre 100A e 150A), situação com maior possibilidade de interferência eletromagnética durante a transmissão de dados enfrentada pelo sistema, provocados pela alta corrente no circuito de potência. A figura 51 mostra a variação no nível de sinal em virtude das altas correntes e interferências presentes no ambiente de testes, a intensidade do sinal oscilou à até 30%, e o nível oscilou entre -39 a -70 dBm (próximo de 50%), mesmo assim não houve perda de informações, todos os pacotes foram recebidos.

FIGURA 51 - Teste de intensidade do sinal em campo

(Fonte: O autor)

107 Após a montagem e finalização dos testes, o hardware concluído do protótipo pode ser visto da figura 52. O apêndice G destaca as partes deste protótipo.

FIGURA 52 - Protótipo Interface Final com Produto

(Fonte: O autor)

5.4 Dispositivo de teste com a utilização do projeto

Após a montagem da placa foi possível desenvolver o cabo adaptador para conectar o produto (no caso o CLP) com a Interface I/O Wireless. Como o CLP é um dispositivo de controle, ele não possui circuito de potência como os inversores de frequência, logo, seu sistema de teste é composto apenas por: computador, painel principal e cabos de controle.

Ao utilizar o protótipo desenvolvido para o teste do CLP, o novo sistema ficou composto por: computador, interface I/O wireless, cabo USB para comunicação com produto, fonte de alimentação.

A figura 53 apresenta o resultado final do trabalho proposto, validando o principal objetivo de eliminação de cabos de controle entre o painel de teste e o produto. Os cabos são apenas entre o produto e a interface.

108

FIGURA 53 - Sistema de teste do CLP utilizando a Interface

(Fonte: O autor)

109 6 CONCLUSÃO

Com base nos resultados obtidos, todas as partes

desenvolvidas nesse protótipo tiveram seu funcioanemto comprovado, possibilitando que o mesmo se torne uma solução real de implementação nos sistemas de teste da empresa. Durante a fase de testes (no processo de desenvolvimento do software) uma das dificuldades encontradas foi à quantidade de informações (exemplos de códigos e tutoriais para funções mais complexas), disponíveis para o Arduino Due em comparação a outras versões. Por se tratar de um modelo mais novo, as informações sobre o mesmo são mais restritas.

A utilização da plataforma Arduino como controlador do protótipo facilitou o desenvolvimento do sistema. A quantidade de exemplos que acompanham a IDE (Interface de desenvolvimento) e as informações disponíveis na internet com relação a sua qualidade, praticidade possibilitam implementações em outras aplicações na empresa.

Para a proteção dos sinais com o Arduino Due, foram desenvolvidos circuitos de interfaceamento eletrônico de entradas e saídas, adequação das fontes de alimentação e acoplamento do módulo Xbee, atendendo ao objetivo proposto.

Em relação ao sistema de transmissão de dados wireless (Xbee), o sistema demonstrou confiabilidade durante a fase de testes e atendeu ao objetivo específico (desenvolver uma comunicação sem fio com o sistema principal), eliminando as conexões de controle entre o produto e o painel.

Outro objetivo alcançado foi o desenvolvimento de um software capaz de executar as funções de teste, de acordo com comandos de um sistema principal. O software se comunicou com o computador através de um protocolo próprio desenvolvido, validando as funcionalidades dos circuitos eletrônicos projetados.

Como não é necessário mais conectar o painel no produto, e sim apenas conectar a interface, o tempo de conexão foi reduzido, do qual também atende o objetivo de facilitar a conexão com o produto a ser testado.

O último objetivo proposto foi reduzir o custo de implantação de novos sistemas de teste, objetivo alcançado devido ao fato de que os novos sistemas de teste não

110 necessitam mais de circuitos e equipamentos de controle incorporados ao Painel.

A partir do protótipo desenvolvido e dos resultados obtidos durante os testes sugere-se comentários e proposta de trabalhos futuros:

Após o termino dos testes com a placa final, ainda poderá haver necessidades de modificações com relação a dimensionamento, redução e preparação da placa para montá-la em linha de produção.

Embora o objetivo principal do projeto fosse a redução e/ou eliminação do cabeamento de controle entre o Dispositivo de teste e o produto, ele pode servir como base para implementação de melhorias em outras aplicações industriais da empresa, como em testes de módulos de funções opcionais de produtos.

A continuidade deste dispositivo se dará já em sequência da finalização do protótipo para implantação em um Dispositivo de testes. Como sugestão nas próximas versões, destaca-se a necessidade de otimização dos circuitos, criando uma placa padrão e desenvolvendo acessórios com funcionalidades dedicadas a determinados produtos.

Será necessário desenvolver junto ao departamento de metrologia da empresa, um sistema de calibração da Interface, a fim de ajustar e calibrar a precisão das entradas e saídas analógicas.

Em relação ao software, as funções incorporadas ainda são passíveis de otimizações, pois foram desenvolvidas com o intuito de validar o hardware. Uma necessidade não contemplada nesse trabalho é a utilização de checagem durante a transmissão de dados, necessidade que será implementada em trabalhos futuros.

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119 APÊNDICE A – Fluxograma detalhado dos circuitos

(Fonte: O autor)

120 APÊNDICE B – Esquema eletrônico

(Fonte: O autor)

SAIDAS DIGITAIS BIDIRECIONAIS DO1...DO16

DRIVERS PARA SAIDAS DIGITAIS

ENTRADAS DIGITAIS DI1...14

121 APÊNDICE B – Esquema eletrônico (continua)

(Fonte: O autor)

122 APÊNDICE C – Layout da placa de circuito impresso

Placa lado TOP (superior)

(Fonte: O autor)

123 APÊNDICE C – Layout da placa de circuito impresso

Placa lado BOTTOM (inferior)

(Fonte: O autor)

124 APÊNDICE D – Fluxograma do software

(Fonte: O autor)

125 APÊNDICE E – Código fonte do software /* SOFTWARE PROTOTIPO INTERFACE */ #include <SPI.h> #include "dac714.h" //Biblioteca do conversor D/A #include <ADS8513.h> #include <DuePWM.h> #define AOUT_A0 10 #define AOUT_A1 9 #define AI_CS 8 #define PWM_FREQ1 10000 #define PWM_FREQ2 20000 #define ENC_A_PIN 6 #define ENC_B_PIN 7 /* REFERENCIA BIBLIOTECAS */ DAC714 analogOut = DAC714(AOUT_A0, AOUT_A1); ADS8513 analogIn = ADS8513(AI_CS); DuePWM pwm; /* REFERENCIA BIBLIOTECAS */ char a_func[2]; //Código da função char msg[50]; //Msg recebida int msgDiv; //Sinal de "=", divisor da mensagem String inputMsg = ""; //Msg recebida boolean rsvComplete = false; // whether the string is complete uint32_t pwm_duty = 127; // 50% duty cycle void setup() { pwm.pinFreq1(ENC_A_PIN); pwm.pinFreq2(ENC_B_PIN); // Set PWM Resolution // pwm_set_resolution(16); //Configura SPI

126 APÊNDICE E – Código fonte do software (continua)

SPI.setDataMode(SPI_MODE0); SPI.setBitOrder(MSBFIRST); //SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV8); SPI.begin(); //initialize serial: Serial.begin(9600); //reserva 200 bytes para a variavel inputString: inputMsg.reserve(200); //Configura os pinos de 24 a 33 como saídas digitais for (int i = 24; i <= 33; i++) { pinMode(i, OUTPUT); } //Configura os pinos de 36 a 49 como entradas digitais for (int i = 36; i <= 49; i++) { pinMode(i, INPUT); } } void loop() { // print the string when a newline arrives: if (rsvComplete) { //Extrai a função (2 primeiros caracteres da msg) char *pInputMsg = (char*)inputMsg.c_str(); strncpy(a_func, pInputMsg, 2); String func = a_func; //Extrai o atributo da função String funcAtr = ""; //Atributo da função for (int a = 2; msg[a] != '='; a++) { funcAtr += msg[a]; msgDiv = a + 2; } //Extrai o valor da função

127 APÊNDICE E – Código fonte do software (continua)

String funcValue = ""; //Valor da função for (int a = msgDiv; msg[a] != '.'; a++) { funcValue += msg[a]; } //Converte o atributo da função em inteiro int atrNum = atoi((char*)funcAtr.c_str()); ////////////////////////////////////// ///// Função DO - DIGITAL OUTPUT ///// ////////////////////////////////////// if (func == "DO") { bool doState; //Verificar a possibilidade de converter de string para bool, sem precisar usar o if if (funcValue == "") { doState = LOW; } else if (funcValue == "1") { doState = HIGH; } else { Serial.print("TELEGRAMA INCORRETO: VALOR INVALIDO PARA ESTA FUNCAO"); } DO(atrNum, doState); } ///////////////////////////////////// ///// Função DI - DIGITAL INPUT ///// ///////////////////////////////////// if (func == "DI") { if (DI(atrNum) == HIGH) { Serial.println("");

128 APÊNDICE E – Código fonte do software (continua)

} else { Serial.println("1"); } } ///////////////////////////////////// ///// Função AO - ANALOG OUTPUT ///// ///////////////////////////////////// if (func == "AO") { //Converte a string para short short aoValue = atoi((char*)funcValue.c_str()); //Escala o valor aoValue = map(aoValue, -1000, 1000, -32768, 32767); //Chama a função da saída analógica AO(atrNum, aoValue); } //////////////////////////////////// ///// Função AI - ANALOG INPUT ///// //////////////////////////////////// if (func == "AI") { //Leitura da AI do Arduino //Serial.println(AI(atrNum)); int aiTest = atoi((char*)funcValue.c_str()); short valorAI; while (true) { valorAI = analogIn.readValue();

129 APÊNDICE E – Código fonte do software (continua)

//Escala o valor valorAI = map(valorAI, -32768, 32767, -1000, 1000); Serial.print("Valor da AI (REAL SIGNED) = "); Serial.println(valorAI); } } ////////////////////////////////// // Funcao SG (Gerador de sinal) // ////////////////////////////////// if (func == "SG") { int freq = atoi((char*)funcValue.c_str()); SG(atrNum, freq); } //Zera a String: inputMsg = ""; rsvComplete = false; } } /* SerialEvent occurs whenever a new data comes in the hardware serial RX. This routine is run between each time loop() runs, so using delay inside loop can delay response. Multiple bytes of data may be available. */

130 APÊNDICE E – Código fonte do software (continua)

void serialEvent() { while (Serial.available()) { //get the new byte: char inChar = (char)Serial.read(); //add it to the inputString: inputMsg += inChar; // if the incoming character is a newline, set a flag // so the main loop can do something about it: if (inChar == '.') { int tamMsg = sizeof(inputMsg); for (int a = 0; a <= tamMsg; a++) { msg[a] = inputMsg[a]; } rsvComplete = true; } } } void DO(int doPin, bool value) { //Liga/Desliga a saída digital correspondente de acordo com o valor passado digitalWrite(doPin, value); } boolean DI(int diPin) { return digitalRead(diPin); } void AO(int aoChannel, long value) { //Seta a saída analógica correspondente de acordo com o valor passado

131 APÊNDICE E – Código fonte do software (continua)

analogOut.setValue_AB(value, 0); } int AI(int aiPin) { return analogRead(aiPin); } void SG(int channel, int freq) { ; // 50% duty cycle on Pin 6 if (channel == 1) { pwm.pinDuty(ENC_A_PIN, pwm_duty); pwm.setFreq1(freq); } if (channel == 2) { pwm.pinDuty(ENC_B_PIN, pwm_duty ); pwm.setFreq2(freq); } }

132 APÊNDICE F – Lista de materiais

(Fonte: O autor)

Qtde Descrição Qtde Descrição1 CAP ELE 27uF 35V 1 DIODO SMD BAS402 CAP ELE 100uF 35V 1 Diodo SMD MURS3201 CAP ELE 220UF 50V 3 DIP SW DMR04 T/R2 CER SMD 1.5nF 50V 10% 1 FILTRO NF-UI 20mH

52 CER SMD 100nF 50V 18 FOTOACOPLADOR TLP222A1 CER SMD 10nF 500V 1 ILBB 0805 600 25%2 CER SMD 10nF 50V 10% 2 INDUTOR SMD BLM18HG102SN1D1 CER SMD 10uF 1OV 1 JUMPER SMD R08052 CER SMD 1nF 500V 16 LED SMD VD SML 210MT1 CER SMD 2,2uF 10V 18 LED SMD VM SML 210LT1 CER SMD 22nF 500V 1 LED VD 5mm CILINDRICO8 CER SMD 22NF 50V 1 REDE DIODO BAS16S1 CHAVE ON/OFF 1 REDE RES SMD 10K 5% 0.062W2 CI SMD 74AC244 5 REDE RES SMD 1K 5% 0.062W1 CI SMD 74HC14 8 REDE RES SMD 680R 5% 0.062W2 CI SMD ADAC714U 4 RELE FTR-LYCA012V2 CI SMD ADS8513 1 RFM SMD 1.82K 1% 0.1W1 CI SMD CMOS ULN2003 1 RFM SMD 100K 1% 0.1W4 CI SMD HCPL3120 2 RFM SMD 100R 1% 0.1W1 CI SMD LD1086DT33TR 20 RFM SMD 10K 1% 0.1W1 CI SMD LM78L5ACM 12 RFM SMD 150R 1% 0.1W1 CI SMD OL2068LF 6 RFM SMD 15R 1% 0.5W2 CI SMD OPER. OP177GS 1 RFM SMD 1K 1% 0.5W1 CI SMD Si8441 2 RFM SMD 2.2R 5% 0.1W4 CI SMD TCMT4600 2 RFM SMD 20K 1% 0.1W7 CON B.PINOS 2X8M 180G 4 RFM SMD 221R 1% 0.1W3 CON F 110-A-111/09-003 1 RFM SMD 240K 1% 0.1W3 CON F 110-A-111/09-004 2 RFM SMD 27.4K 1% 0.1W2 CON F 110-A-111/09-005 18 RFM SMD 2K 5% 1W2 CON F 110-A-111/09-006 20 RFM SMD 330R 5% 0.1W1 CON WECO F 3 VIAS (TAMP.) 3 RFM SMD 470k 5% 0,25W3 CON. PLUG-IN MACHO - 3 POLOS 4 TAN SMD 10uF 25V2 CON. WECO 110-S-211/18-002 10 TAN SMD 1uF 25V3 CON. WECO 110-S-211/18-003 2 TAN SMD 2,2uF 50V1 CONV. DC/DC FEC40-24T0515 2 Tecla SMD DTSM-61NR1 CX CON 2X4 F 180G 2.54mm 4 Trimpot SMD 1k 10% 0,25W2 CX CON SMD 1X10 2,0 1 VARISTOR 35 VCA, 10mm

Lista de Materiais

133 APÊNDICE G – Hardware final do protótipo da Interface

(Fonte: O autor)

134 ANEXO A – Diagrama de Pinagem do Arduino Due

(Fonte: ARDUINO, 2015)