UTILIZANDO UM MICROCONTROLADOR ARDUINO PARA ACIONAR UMA TRAVA ELÉTRICA COM ETIQUETAS RFID.

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1 UTILIZANDO UM MICROCONTROLADOR ARDUINO PARA ACIONAR UMA TRAVA ELÉTRICA COM ETIQUETAS RFID. Vitor Leonardo Pauloski, Giovanir José de Oliveira, Fernando Caetano da Silva, Guilherme Henrique F. Santos. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo / Campus São José dos Campos, Rodovia Presidente Dutra, km Jardim Diamante, São José dos Campos - SP, , Brasil, vitorleonardo.pauloski@gmail.com, giiovani.oliveira@gmail.com, fcjc99@gmail.com, guilherme_ghfs@hotmail.com. Resumo - Este artigo apresenta a construção de uma fechadura eletrônica baseada na plataforma de prototipagem Arduino, o motivo da escolha deste microcontrolador, além de uma breve explicação de como cada componente interage com o circuito, permitindo seu pleno funcionamento. Será abordada também a relação entre a programação do microcontrolador e as ações executadas por ele, além de indicações de possíveis aplicações reais ao projeto. Ao final serão apresentados os resultados alcançados bem como as dificuldades enfrentadas pelo grupo, sugerindo potenciais alterações e melhorias para um futuro projeto. Palavras-chave: Arduino, Automação, Microcontrolador, RFID, Trava. Área do Conhecimento: Engenharia Mecatrônica. Introdução Com o advento das inovações tecnológicas e a chegada da era digital, tarefas usuais do dia a dia passaram a ser automatizadas pelo ser humano para otimizar o tempo e reduzir os esforços necessários; uma delas é o ato de abrir uma fechadura eletronicamente, onde pode parecer simples para muitos, mas para controlar o acesso de várias pessoas em um determinado local torna-se uma grande comodidade. Já se encontram em diversos edifícios, sistemas de acesso por RFID (Identificação por Rádio Frequência), porém há um custo elevado em sua implementação, diante dessa perspectiva, foi desenvolvido nesse projeto um sistema similar utilizando um microcontrolador Arduino. O Arduino é uma plataforma de prototipagem que possui funcionamento semelhante ao de um pequeno computador, no qual pode-se programar a maneira como suas entradas e saídas devem se comportar em meio aos diversos componentes externos que podem ser conectados nas mesmas, podendo ser alteradas de acordo com a necessidade do projeto. Ele foi projetado com a finalidade de ser de fácil entendimento, de fácil programação e de fácil aplicação, além disso, um grande diferencial deste dispositivo é ser open-source ou, em português, código aberto, quando um modelo de desenvolvimento promove um licenciamento livre para possibilitar que qualquer um consulte, examine ou modifique o produto. (DI RENNA, 2016) Além de sua aplicação simples, outros fatores determinantes na escolha do Arduino para compor o projeto foi seu baixo custo de aquisição, e, principalmente, sua simplicidade para programação, devido ao fato de o mesmo ter sido desenvolvido para ser fácil para iniciantes que não possuem experiência com desenvolvimento de software e eletrônica, tendo como linguagem de programação baseada em C e C++. Materiais Para a execução do projeto foram utilizados diversos componentes eletrônicos, que serão listados abaixo e terão suas funcionalidades resumidas. Arduino Uno Rev3: É o componente principal do projeto, de forma superficial, pode-se dizer que ele é responsável por integrar o hardware com o software previamente desenvolvido, permitindo que os demais componentes sejam acionados no momento pretendido. Sua alimentação pode ser feita através de uma fonte externa de 7 a 12 V, porém suas portas digitais operam fornecendo uma tensão máxima de 5 V. 1

2 Sensor RFID: Este sensor é responsável por coletar o UID (número de identificação) de cada etiqueta que se aproxima do mesmo, as etiquetas podem ter o formato de um cartão ou até mesmo de um chaveiro. Um sistema de RFID é composto, basicamente, de uma antena, um transceptor, que faz a leitura do sinal e transfere a informação para um dispositivo leitor, e também um transponder ou etiqueta de RF (rádio frequência), que deverá conter o circuito e a informação a ser transmitida. (CIRIACO, 2009) Display LCD: O LCD (liquid crystal display ou, em português, display de cristal líquido) é um painel fino utilizado para exibir informações através de via eletrônica, como textos e números. No projeto em questão, este dispositivo será utilizado para exibir informações sobre a autenticação do usuário, como: Aproxime o cartão do leitor, Acesso Liberado ou Acesso Negado. Relé 5 V: Este componente tem o funcionamento similar à um interruptor, porém conta com um mecanismo eletromecânico; a movimentação física deste interruptor ocorre quando uma corrente elétrica de 5 V percorre a bobina do relé, criando assim um campo magnético, que por sua vez atrai a alavanca responsável pela mudança do estado dos contatos. O relé pode ser usado para acionar dispositivos que requerem mais de 5 V, como é o caso da trava elétrica solenoide, que precisa de uma tensão de 12 V para funcionar corretamente. Trava Elétrica Solenoide: É a peça principal quando se trata do quesito segurança, pois a mesma é responsável por manter mecanicamente a porta fechada, e permitir que esta seja aberta quando solicitado pelo usuário. Seu funcionamento ocorre ao aplicar uma tensão de 12 V em seus terminais, então o pino da trava é recolhido, mantendo-se na posição enquanto a tensão estiver sendo aplicada; quando não há tensão, o pino volta ao seu estado normal através de uma mola. Além dos materiais citados, foram utilizados uma Protoboard, diversos cabos flexíveis para realizar a conexão entre os componentes, uma Fonte 12 V para alimentar o circuito e um Potenciômetro para o ajuste do contraste do LCD. Metodologia O projeto foi montado sobre uma porta de madeira confeccionada em tamanho pequeno, onde o principal objetivo foi mostrar uma aplicação real para a fechadura, podendo esta ser posteriormente instalada em uma porta de tamanho maior. A parte eletrônica do projeto foi posicionada propositalmente ao lado da porta, com os cabos e as conexões expostas, de modo a deixar o protótipo mais visível e compreensível. A montagem do circuito eletrônico foi efetuada sobre a Protoboard, onde foram posicionados o Display LCD, o Potenciômetro e o Sensor RFID; o Arduino e o Relé foram posicionados ao lado da Protoboard sobre a base de madeira da porta, e a Trava Elétrica Solenoide foi instalada na porta assim como uma fechadura. A conexão entre os componentes e as portas digitais do Arduino deu-se com a conexão dos cabos flexíveis. Um esquema da montagem do circuito está representado na Figura 1: 2

3 Figura 1 - Esquema de montagem eletrônica. Fonte: O autor. Além da composição física do projeto, houve de ser desenvolvido um código para ser armazenado na memória do Arduino, código este que permite a plena funcionalidade do sistema, pois é onde estão contidas as instruções necessárias para que o microcontrolador valide a identidade do usuário e envie o comando para a abertura da trava. O código foi escrito em um computador, na linguagem de programação C++, e enviado para o Arduino através de um cabo USB utilizando o software Arduino IDE. Por fim, o funcionamento do sistema ocorre basicamente da seguinte forma: primeiramente o usuário se autentica utilizando sua etiqueta de rádio frequência (cartão ou chaveiro), o Sensor RFID, por sua vez, efetua a leitura do UID (número de identificação) da etiqueta e confronta a informação com a contida na memória do Arduino, previamente definida na programação; após a autenticação do usuário, caso o mesmo esteja liberado para acesso, o microcontrolador aciona o Relé, que libera a energia provinda da Fonte 12 V para a trava elétrica; então o pino da trava é recolhido, mantendo-se nesta posição por 2 segundos, tempo suficiente para o usuário abrir a porta, enquanto no Display LCD a mensagem Acesso Liberado é exibida. Caso o usuário não esteja registrado, o Display exibe uma mensagem de Acesso Negado e a trava não se move, mantendo a porta fechada. Uma parte do código que exemplifica a autenticação do usuário está contida na Figura 2: 3

4 Figura 2 - Exemplo de código para autenticação. Fonte: O autor. Resultados O resultado obtido ao final da execução deste projeto foi um modelo de uma porta de madeira com o mecanismo de trava sendo realizado pela fechadura eletrônica desenvolvida. Uma vista geral do projeto pode ser visualizada na Figura 3: Figura 3 - Vista geral. Fonte: O autor. 4

5 Em seu estado de repouso, o Display LCD exibe, continuamente, a mensagem: Aproxime o seu cartão do leitor... ; ao aproximar o cartão ou o chaveiro previamente cadastrado ao Sensor RFID, o LCD passa a exibir, então, a mensagem: Bem Vindo! Acesso Liberado! e, em seguida, a trava é liberada e a porta pode ser aberta. Ao aproximar uma etiqueta de rádio frequência não cadastrada ao Sensor RFID, a luz de fundo do LCD pisca intermitente e exibe a mensagem: ACESSO NEGADO!. O circuito eletrônico e o Arduino podem ser vistos na Figura 4: Figura 4 - Circuito eletrônico. Discussão Fonte: O Autor. Com a execução do projeto, o resultado obtido foi próximo ao do funcionamento de uma fechadura eletrônica encontrada em diversos condomínios residenciais e comerciais, onde com um cartão ou um chaveiro o usuário autentica o acesso, porém, como o objetivo desse protótipo foi exemplificar sua construção e priorizar a visualização do circuito elétrico, optou-se por deixar os componentes expostos, podendo estes serem ocultos em uma eventual instalação da trava em uma porta maior. Podemos considerar que o resultado alcançado foi satisfatório, uma vez que o objetivo de construir uma fechadura eletrônica foi alcançado, entretanto, foram encontradas no caminho algumas dificuldades; a princípio, esperava-se conseguir abrir a trava utilizando o sistema de NFC do smartphone, visto que seu funcionamento é parecido com o RFID, porém, ao realizarem os testes, descobriu-se que o UID do mesmo não era fixo, não sendo possível, assim, defini-lo na programação do Arduino. Outro problema identificado, porém, não corrigido, é a ocorrência de uma leve perda de nitidez do Display LCD ao ser acionado o Relé, acredita-se que o acontecimento se dê por conta de uma corrente elevada ser exigida pelo mesmo, afetando, assim, o funcionamento normal dos demais elementos. Diante disso, fica perceptível que podem ser feitas diversas melhorias no projeto, como a instalação de uma bateria para uma eventual queda de energia, além da inserção de vários outros módulos para aumentar as possibilidades de autenticação do usuário, como um teclado numérico para a utilização de senha ou até mesmo um módulo Bluetooth para validar a entrada através do smartphone. 5

6 Conclusão Podemos concluir que o Arduino é uma plataforma muito versátil que permite o desenvolvimento de protótipos eletrônicos dos mais diversos tipos, além disso, seu manuseio é muito simples e qualquer pessoa com o mínimo conhecimento em eletrônica e programação é capaz de fazê-lo. No caso do projeto em questão, foi possível reproduzir um sistema de fechadura eletrônica funcional com um custo relativamente baixo. Vale ressaltar que antes de iniciar o desenvolvimento de qualquer projeto do tipo, é interessante pesquisar na internet alguns projetos similares para coletar algumas ideias e se prevenir das possíveis dificuldades a serem enfrentadas, mesmo assim, dificilmente tudo sairá como o planejado logo no primeiro protótipo. Referências ARDUINO. What is Arduino?, Disponível em: < Acesso em: 09 jun BAUERMEISTER, G. Acionando uma trava elétrica com RFID, Disponível em: < >. Acesso em: 09 jun CHAVIER, L. F. Conceitos iniciais de programação para Arduino, Disponível em: < Acesso em: 09 jun CIRIACO, D. Como funciona a RFID?, Disponível em: < Acesso em: 09 jun DI RENNA, R. B. et. al. Introdução ao kit de desenvolvimento Arduino. In: Programa de Educação Tutorial, Universidade Federal Fluminense, 2016, Niterói. Disponível em: < Acesso em: 09 jun