MEC1100 Manual de Instruções v

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1 MEC1100 Manual de Instruções v Linha de Equipamentos MEC Desenvolvidos por: Maxwell Bohr Instrumentação Eletrônica Ltda. Rua Porto Alegre, 212 Londrina PR Brasil

2 1 Introdução Esse documento tem como objetivo facilitar o primeiro contato do usuário com o seu MEC1100. Os itens que compõem o equipamento, assim como todas as suas funcionalidades são descritas de uma forma simples e objetiva. Esperamos com isso permitir que os usuários possam tirar o melhor proveito possível de seu MEC1100 e possam utilizálo na criação de seus próprios projetos, sejam eles de mecânica, eletrônica, computação ou uma união dessas áreas, que juntas permitem a criação dos mais diversos tipos de robôs e automações. Com o MEC1100, o único limite é a criatividade. 2 O MEC1100 O MEC1100 é um sistema projetado para auxiliar na criação de projetos que envolvam conhecimentos de mecânica, eletrônica e computação, isoladamente ou em conjunto. Isso faz com que ele seja uma ótima ferramenta para auxiliar o ensino dessas áreas de uma forma prática, principalmente quando elas estão integradas, como ocorre na robótica e na automação. Com isso, o MEC1100 pode ser utilizado tanto em uma sala de aula quanto em casa, para projetos ou apenas por curiosidade e diversão. Figura 1: O MEC1100. O MEC1100 é composto por uma unidade de processamento e controle capaz de operar conectada a um computador, recebendo comandos via um cabo serial ou USB, ou de forma autônoma, executando um programa criado e gravado em sua memória interna. Em sua versão básica, o MEC1100 possui interface USB, 16 saídas digitais, sendo que 8 delas também podem ser utilizadas para o acionamento de servomotores, geração de sinal PWM ou de um clock. Possui também 16 entradas, sendo 8 digitais e 8 analógicas com resolução de 10 bits. Todas as entradas e saídas possuem alto grau de segurança contra ligações incorretas. Possui registradores e amplificadores em soquetes, o que possibilita sua substituição até mesmo sem o uso de ferramentas, em caso de algum dano aos componentes. Sua fonte de alimentação possui elementos chaveados, o que reduz drasticamente perdas de energia e o aquecimento de componentes, além de possuir entrada para alimentação por qualquer tipo de bateria ou fonte de alimentação convencional, como baterias de NiMH, NiCd, LiIon, LiPolímero e ChumboÁcido, além de painéis solares, geradores eólicos ou células de carga. 1

3 A seguir, duas imagens em que os diversos itens do MEC1100 são apresentados: Figura 2: Componentes do MEC1100: (1) Botão liga/desliga; (2) Conector para bateria; (3) Conector para fonte de alimentação; (4) LED de indicação de ligado/desligado; (5) Conector USB; (6) LED de indicação de transmissão de dados via USB; (7) Chave de seleção de modo autônomo ou PC; (8) LED de indicação do modo de funcionamento; (9) Porta serial auxiliar; (10) Botão de reset; (11) Porta de saídas digitais 1; (12) Porta de entradas digitais 1; (13) Saída de controle de servomotores / PWMs / clock / Porta de saídas digitais 2; (14) Entradas analógicas / Porta de entradas digitais 2; (15) Microcontrolador e (16) Memória para armazenamento de programas do modo autônomo. A diversidade de entradas e saídas do MEC1100 suportam a conexão com vários tipos de componentes e circuitos, desde que esses estejam dentro de suas especificações. Por exemplo, nas portas de entradas analógicas podem ser utilizados vários tipos de sensores simultaneamente, não havendo limitação a nenhum modelo específico de sensor. Podese utilizar também motores, displays, relés, entre outros atuadores na realização de projetos de robótica e automação ou para estudos de programação e eletrônica analógica e digital. Além das entradas e saídas, o MEC1100 possui um conector para a fonte de alimentação, conector para fontes externas de alimentação como baterias, chave liga/desliga, um LED que indica se o equipamento está ligado, um LED indicando envio ou recepção de dados via a porta USB, uma chave que permite acionar o modo de funcionamento Autônomo, em que o próprio MEC1100 executa um programa internamente, sem a necessidade de estar conectado a um computador para realizar alguma tarefa. Existe ainda um LED que indica o modo em que o MEC1100 está operando ( Autônomo ou PC ). 2

4 Adicionalmente, é importante ressaltar que, para se obter o máximo que seu MEC1100 pode oferecer, existem algumas configurações mínimas requeridas para o PC que irá operar junto com o dispositivo. Abaixo, segue uma tabela com esses requisitos: Requerimentos Mínimos Sistema Operacional Processador Windows XP (ou superior) ou Linux (testado no Ubuntu 10.4) Família Intel Pentium/Celeron, Família AMD K6/Athlon/Duron ou processador compatível recomendado. Memória RAM 128 megabytes (MB) Espaço em Disco 500MB de espaço livre caso os programas e materiais de apoio do equipamento sejam intalados no computador. Não há essa exigência caso o computador seja utilizado apenas para executar programas de controle do equipamento. Periféricos 3 Unidade de CDROM ou DVD Modos de Operação O MEC1100 possui 2 modos de operação, chamados de modo "Autônomo" e modo "PC". O modo de funcionamento do MEC1100 pode ser alterado a qualquer momento por meio de uma chave de seleção de modo, que fica ao lado do LED de indicação de comunicação com a USB. Ao lado dessa chave existe outro LED, que indica o modo de funcionamento atual do equipamento. Esse LED fica ligado quando o modo atual é o "PC" e desligado caso o modo é o "Autônomo". A seguir, uma imagem da chave de seleção e do LED de indicação do modo. Figura 3: Chave de seleção de modo de operação. 3.1 Modo PC Em seu modo de funcionamento "PC", em que o equipamento é controlado por um computador, o MEC1100 possibilita expandir a capacidade de interação do computador com o ambiente. 3

5 Ele é conectado ao computador através de uma porta serial ou USB e possibilita que o computador leia parâmetros externos, como por exemplo de sensores de temperatura, luminosidade ou peso. Além dessas leituras, é possível também que se atue no ambiente, por exemplo, através do acionamento de algum motor ou circuito externo. Nesse modo, as operações realizadas pelo MEC1100 são controladas por programas que rodam no computador. Esses programas enviam comandos de controle para o equipamento através de uma porta USB ou serial no computador. São esses programas que possuem toda a lógica de controle em qualquer projeto, pois, para permitir a flexibilidade necessária para que o MEC1100 pudesse ser utilizado em uma grande gama de projetos, não há nenhum vínculo lógico prédefinido em hardware entre suas entradas digitais, saídas digitais, controle de servomotores, PWMs e entradas de sinais analógicos. Esses vínculos são criados exclusivamente no programa de controle, conforme a necessidade de cada projeto. Um vínculo que pode ser criado em um programa de controle é o de que um componente controlado pelo MEC1100, como por exemplo um relé, um motor ou um LED, seja ligado assim que o valor da leitura de um sensor de temperatura ultrapasse um certo valor. Para o MEC1100, o componente e o sensor de temperatura são dois itens totalmente independentes, sem nenhum vínculo. Se não houver um programa de controle que crie um vínculo entre os dois, a variação na temperatura não influenciaria de nenhuma maneira no funcionamento do motor. Em outros programas poderiam ser criados vínculos diferentes. Isso permite que o MEC1100 seja utilizado nos mais diversos projetos sendo necessário apenas adaptar a lógica no programa de controle. Podemos considerar que o MEC1100 fornece vários recursos independentes que podem ser unidos no programa de controle de modo a permitir a criação das mais diversas aplicações. Assim, utilizando o poder de processamento dos computadores aliado às capacidades extras que o MEC1100 oferece, é possível criar desde projetos simples até projetos de alta complexidade na área de mecatrônica. Para facilitar a criação de programas de controle no computador, existe uma biblioteca de controle que torna fácil a criação de programas utilizando vários ambientes de programação tais como Borland Delphi (Pascal), Borland Builder (C++), Lazarus (Pascal), Python, SuperLogo, Microsoft Visual Studio (C#), Mono (C#) e Java. Várias dessas bibliotecas funcionam tanto no sistema operacional Windows quanto no Linux. Além disso, o protocolo de comunicação do MEC1100 é aberto, possibilitando o uso deste com sistemas ou ambiente de programação em que não exista uma biblioteca de controle já desenvolvida. Mais informações sobre os comandos e o protocolo de comunicação com o MEC1100 podem sem encontrados mais adiante, nesse manual. Para obter mais informações de como criar programas de controle para o modo de funcionamento conectado a um computador, veja os tutoriais e programas de exemplo criados para auxiliar no aprendizado de como desenvolver programas de controle para o MEC Modo Autônomo Para que o MEC1100 trabalhe em modo Autônomo, basta ter um código gravado em sua memória interna e pressionar o botão de seleção entre modo Autônomo e PC. Quando o LED de indicação de modo estiver apagado, o equipamento estará operando em modo Autônomo e não precisa de conexão com o PC para realizar alguma tarefa. Enquanto está no modo Autônomo, o equipamento ainda responde a comandos enviados pelo computador, no entanto devese tomar cuidado para que os comandos enviados pelo computador não interfiram nas atividades do programa autônomo. O contrário também é válido. Caso necessário, é possível reiniciar o programa que está rodando em modo Autônomo 4

6 mudando o modo de operação para PC e em seguida voltando ao modo Autônomo. Com isso, o programa autônomo será executado do início novamente. A criação de programas para o modo Autônomo é feito por meio de um software e uma linguagem de programação próprios. Esse software permite a criação de programas para o modo Autônomo e o envio desses programas para o MEC1100. Figura 4: Software de criação de programas para o modo "Autônomo". Maiores informações sobre a criação de programas para o modo Autônomo podem ser encontradas em um documento específico sobre este assunto, que também acompanha o MEC As Entradas e Saídas O MEC1100 foi produzido de modo a poder interagir com diversos tipos de componentes. Entre eles, motores, sensores e até mesmo circuitos externos. Toda a interação do equipamento com esses componentes externos é realizada através de seus conectores de entradas e saídas. Esses conectores possuem 3 terminais. Nas extremidades temos os terminais de 5 Volts (+V) e 0 Volts (GND ou terra ). No centro temos o terminal de sinal, que pode ser uma entrada ou uma saída, dependendo do conector. A imagem a seguir mostra o esquema de um conector: Figura 5: Terminais dos conectores de entradas e saídas do MEC

7 Veja a seguir a descrição de cada tipo de entrada e saída presente no MEC1100: 4.1 Saídas Digitais O MEC1100 possui 16 saídas digitais que podem ser controladas individualmente e assumir os estados lógicos 0 ou 1, representados por 0 e 5 Volts respectivamente. As saídas digitais podem ser utilizadas, por exemplo, para acionar dispositivos externos como circuitos de controle de LEDs, motores ou relés. A cada conjunto de 8 saídas digitais dáse o nome de porta de saídas digitais. Logo, o MEC1100 possui 2 portas de saídas digitais. Os oito conectores da porta de saídas digitais 2, além de saídas digitais simples, podem ser utilizados para controlar servomotores, gerar sinais PWM ou clocks. Veja mais detalhes sobre isso no tópico 4.3. Abaixo a imagem das 8 saídas digitais da porta de saídas digitais 1. Figura 6: Porta de saídas digitais Entradas Digitais O MEC1100 possui 16 entradas digitais que podem ser lidas individualmente e receber sinais digitais 0 ou 1, representados por 0 e 5 Volts respectivamente. Essas entradas podem ser utilizadas, por exemplo, para monitorar sensores digitais e chaves. A cada conjunto de 8 entradas digitais dáse o nome de porta de entradas digitais, logo o MEC1100 possui 2 portas de entradas digitais. Os oito conectores da porta de entradas digitais 2, além de entradas digitais simples, podem ser utilizados para receber sinais analógicos. Veja mais detalhes sobre isso no tópico 4.4. A seguir, a imagem das 8 saídas digitais da porta de saídas digitais 1: Figura 7: Porta de entradas digitais 1. 6

8 4.3 Saídas de Sinais para Controle de Servomotores, PWMs ou Clock O MEC1100 possui 8 saídas para controle de servomotores ou geração de sinais genéricos de PWM e clock. Essas saídas também podem ser utilizadas como saídas digitais simples (porta de saídas digitais 2). Essas saídas funcionam de forma independente, possibilitando que se faça o uso das diferentes funcionalidades simultaneamente, é necessário apenas tomar cuidado para que não se tente utilizar mais de uma funcionalidade ao mesmo tempo, pois a mais recente irá se sobrepor a anterior. Por exemplo, ao utilizar o comando que modifica o valor da porta digital 2, todas as saídas de controle de servomotores e PWM serão transformadas em saídas digitais e qualquer sinal de PWM ou controle de servomotores que estivesse ativo será interrompido. No entanto, se o comando utilizado for o que altera apenas uma saída digital por vez, é possível manter o controle de servomotores e PWMs em conjunto com saídas digitais sem problemas, desde que cada um esteja em um conector separado. Com isso, podendo controlar ao mesmo tempo servomotores, motores de passos, dispositivos de iluminação com controle preciso de luminosidade, LEDs ou circuitos de geração e controle de tensões. A seguir, uma imagem dessas saídas de controle de servomotores e geração de sinais de PWM. Figura 8: Saídas de sinais de controle de servomotores, PWMs ou clocks. Pode ser utilizada também como a porta de saídas digitais Servomotores Um servomotor é um dispositivo constituído por um motor elétrico acoplado a uma caixa de redução, com o objetivo de aumentar o torque do movimento final. Uma placa de controle localizada no seu interior permite que, com um sinal externo, seja possível controlar a posição do seu eixo. A placa de controle faz a leitura da posição do eixo e compara com a posição desejada, fazendo os ajustes necessários. Devido ao torque disponível, os servomotores são muito utilizados em muitos sistemas de robótica e automação, brinquedos, entre outros. 7

9 Figura 9: Servomotor Em geral, os servomotores possuem uma limitação no seu giro, que pode variar entre 90 e 270 graus. Podemos modificálos para que possam exercer giro contínuo, embora a capacidade de controlar a posição do seu eixo seja perdida e só seja possível controlar a sua rotação após a adaptação. A seguir, algumas imagens de servomotores: Figura 10: Servomotor aberto, deixando à mostra seus componentes. (1) Caixa de redução; (2) Motor elétrico; (3) Módulo de controle. As saídas de controle de servomotores 1, 2 e 3 podem controlar servomotores de posição com 256 níveis diferentes. Utilizandose o comando de PWM é possível obter um controle ainda maior nessas 3 saídas de controle de servomotores. Já as saídas 4 à 8 permitem o controle de 16 posições diferentes PWMs Um PWM, ou modulação de largura de pulso, é um sinal periódico em que se pode ajustar o período e tempo no qual o sinal fica em nível lógico alto, que chamaremos de ciclo ativo. 8

10 Figura 11: Exemplo do período de um sinal PWM. Um sinal PWM pode ser usado para conversão digital para analógico, onde o tempo em que o sinal PWM permanece em nível lógico 1 define o valor da tensão de saída. O servomotor é um exemplo típico de dispositivo que é controlado por um sinal PWM. O período do PWM utilizado para controlálo é normalmente de 20ms. Isso significa que a onda se repetirá a cada 20 ms. O tempo em que o nível é alto varia de 1 a 2ms. A variação na duração desse tempo do ciclo ativo pode definir a posição do eixo do motor. Um ciclo ativo de 1ms para 90, 1,5ms para posição central (0 ) e 2ms para +90. É possível controlar dispositivos PWM genéricos ajustando o sinal de acordo com o necessário. As saídas de PWM 1, 2 e 3 pode possuir um período de até 750ms com uma precisão que varia de 90ns a 12um. Os outros PWMs podem possuir um período de até 524s com uma precisão de 62,5 a 8ms. Devese analisar a aplicação para se decidir qual PWM atende melhor às necessidades. 4.4 Entradas Analógicas O MEC1100 possui 8 entradas analógicas de 10 bits, que podem ser lidas individualmente e assumir um valor de 0 a 1023 representando os valores de tensão entre 0 e 5 Volts. As entradas analógicas podem ser utilizadas para ler qualquer tipo de sensores, desde que o sinal desses sensores seja ajustado para uma tensão de 0 a 5 Volts. Valores de tensão fora desse intervalo não devem ser aplicados a essas entradas. Para mais informações consulte o tutorial sobre sensores, onde é apresentado como se utilizar diversos tipos de sensores. As oito entradas analógicas também podem ser utilizadas como entradas digitais simples. Abaixo a imagem das 8 entradas analógicas: Figura 12: Entradas analógicas. 9

11 5 Montagem e Operação O MEC1100 foi desenvolvido de modo a ser um equipamento simples de montar e operar. Acompanhe abaixo a descrição de sua montagem. A princípio, é muito importante que o MEC1100 esteja desligado no momento de estabelecer as conexões e adicionar os componentes, caso contrário, poderá acarretar em danos a algum componente ou ao próprio equipamento. Por isso, é importante verificar se o equipamento está desligado antes de realizar qualquer modificação nos componentes conectados ao dispositivo, ligandoo novamente somente depois que a montagem estiver pronta. Figura 13: MEC1100 com fonte de alimentação e cabo USB conectados. Durante a montagem e operação do MEC1100 é preciso tomar outro cuidado muito importante. Como as placas e cabos do módulo ficam expostos, é importante cuidar para que os contatos elétricos dos itens não entrem em curtocircuito, pois isso pode danificar os componentes e o próprio equipamento. Para começar utilizar o equipamento, o primeiro passo é sua montagem. Tratase de um processo extremamente simples. Inicialmente, o MEC1100 deve ser ligado à fonte de alimentação, bastando ligála no conector correspondente. Acione a chave Liga/Desliga, colocando na posição Ligado. O LED próximo ao conector deverá acender, indicando que o equipamento está ligado. Depois de ligálo, basta conectálo ao computador utilizando um cabo USB, que também possui um conector adequado no módulo. Uma alternativa ao uso de fonte de alimentação é o uso de baterias ou pilhas. O MEC1100 possui um conector para alimentação por baterias ou pilhas. A alimentação do MEC1100 pode ser feita por qualquer fonte de tensão contínua que tenha entre 7 V e 15 V e que possa fornecer corrente suficiente para a aplicação desejada. Por exemplo, se o MEC1100 for usado para acionar 8 servomotores será necessário uma fonte que forneça corrente suficiente para estes motores. A imagem seguinte mostra o MEC1100 sendo alimentado por meio de 6 pilhas AA. O encapsulamento das pilhas é feito com um pack que pode ser encontrado em lojas especializadas em componentes eletrônicos. 10

12 Figura 14: MEC1100 sendo alimentado por meio de 6 pilhas AA. Na sequência é apresentada uma imagem que mostra o detalhe do conector para alimentação alternativa. Repare que este conector fica ao lado do conector de alimentação comum. Figura 15: Detalhe do conector de alimentação alternativa. Para conectar os sensores, motores e outros componentes, é necessário o conhecimento do método de crimpagem de cabos. Há um tutorial disponível sobre este procedimento. A conexão desses componentes deve ser feita com muita atenção, pois a pinagem dos conectores deve ser respeitada, sabendo que os riscos de cometer um erro são reais e podem causar danos ao equipamento. Também é necessário cuidado com os cabos, de modo a não causar nenhum curtocircuito, o que também seria muito prejudicial ao MEC1100 e aos componentes nele conectados. Lembrese: toda a conexão de componentes deve ser realizada com o cabo de alimentação e cabo USB desconectados. 5.1 Instalação dos Drivers USB Como o MEC1100 é ligado ao computador por meio de uma porta USB, é necessária a instalação do driver para acesso a esta porta. O driver necessário está disponível no CD que acompanha o equipamento. 11

13 Esse driver faz com que uma porta serial virtual seja criada no sistema, permitindo que qualquer programa ou linguagem de programação que possa acessar uma porta serial seja capaz de controlar o MEC1100, sem maiores complicações. A instalação dos drivers será necessária somente para os usuários do sistema operacional Windows. A grande maioria das distribuições Linux já possui os drivers necessários integrado ao seu sistema, o que dispensa a instalação do mesmo. Para instalar os drivers no Windows é necessário executar o CD que acompanha o MEC1100. Executando o CD será possível verificar a existência de vários arquivos. Devese dar um duplo clique sobre o arquivo executável chamado Instalador.exe. Este arquivo é o que está marcado em azul na próxima imagem: Figura 16: Destaque para o arquivo de instalação. Ao executar o arquivo Instalador.exe serão instalados os drivers necessários, bem como um programa de demonstração do MEC1100 e o Compilador para programação do MEC1100 em Modo Autônomo. Ao clicar sobre o arquivo executável a tela de apresentação do programa surgirá na tela, conforme a figura abaixo. Devese clicar em Próximo para continuar com a instalação. Figura 17: Tela de apresentação do programa a ser instalado. 12

14 O passo seguinte é definir o local em que o programa será instalado. Se o local de instalação apresentado não estiver de acordo com a vontade do usuário, ele pode clicar em Procurar e encontrar o local em que deseja efetuar a instalação. Assim que o local da instalação estiver correto basta clicar em Instalar. Figura 18: Escolha do local apropriado para a instalação. Ao clicar no botão Instalar, o processo de instalação será iniciada e prosseguirá automaticamente. Durante este procedimento a seguinte tela será demonstrada: Figura 19: MEC1100 sendo instalado. 13

15 Enquanto a instalação é feita nenhum botão poderá ser pressionado. Assim que a instalação terminar, a tela será alterada para que o término do processo de instalação seja confirmado. Para isso, devese clicar sobre Terminar. A próxima imagem mostra a tela de término de instalação: Figura 20: Confirmação do término da instalação. Repare que há uma opção para executar o programa de instalação do MEC1100. Este programa de demonstração pode ser usado para teste do MEC1100 e para verificar o funcionamento de cada uma das partes que integram o produto. Na sequência, a imagem que mostra o programa de demonstração do MEC1100: Figura 21: Programa de demonstração do MEC

16 5.2 Verificando a Numeração da Porta Serial Virtual É muito importante saber qual a porta serial virtual que o sistema criou, pois a referência dessa porta será utilizada para abrir comunicação entre o computador e o dispositivo. A porta serial virtual recebe um nome formado pela palavra COM concatenado à um valor numérico atribuido pelo sistema. Para descobrir qual é esse valor e, consequentemente, o nome da porta serial virtual que será utilizada, basta seguir os seguintes procedimentos: Clique em Iniciar Painel de Controle. No Painel de Controle devese clicar em Sistema. Caso o Painel de Controle não esteja no modo de exibição clássico, como apresentado na figura seguinte, é recomendado que seja alternado para este modo, assim fica mais fácil acessar Sistema. Figura 22: Modo de exibição por categoria. Assim que estiver no modo clássico clique em Sistema: Figura 23: Clicando em Sistema 15

17 Em Sistema devese clicar na aba Hardware e nela clicase em Gerenciador de Dispositivos, como mostrado na próxima imagem: Figura 24: Devese clicar em Gerenciador de Dispositivos. No Gerenciador de Dispositivos devese clicar no + ao lado esquerdo de Portas (COM & LPT). Assim, serão mostrados todos os dispositivos registrados. Figura 25: Visualizando referência da portal serial virtual. O valor exibido entre parênteses logo após USB Serial Port será a referência utilizada para se conectar ao MEC1100. No exemplo, COM4. 16

18 5.2.1 Modificando a Numeração da Porta Serial Virtual Muitas vezes a porta que o driver da USB cria é uma porta com número elevado. Se este for o caso, é possível que alguns programas mais antigos não consigam se comunicar com o MEC1100. Assim, este tópico tem o objetivo de mostrar como podese reduzir o número da porta serial virtual criada pelo driver do MEC1100. Utilizandose dos passos anteriores, clicase com o botão direito do mouse sobre a porta do MEC1100 (USB Serial Port (COM )) e clicase em Propriedades. A próxima figura mostra este procedimento. Figura 26: Acessando as Propriedades da porta do MEC1100. Dentro da janela de propriedades devese clicar na aba Port Settings. Nesta aba, clicase em Advanced..., exatamente como é mostrado pela imagem a seguir: Figura 27: Acessando as propriedades avançadas da porta. 17

19 Assim, uma nova janela será aberta. Nesta, a primeira opção que pode ser alterada é o número da porta (COM port Number). Escolha uma porta com número baixo. Mesmo que a porta tenha a indicação que já está sendo usada, não é problema. Apenas é recomendado não utilizar COM1 ou alguma outra porta física do computador. A figura seguinte mostra o número da porta sendo alterado para COM3: Figura 28: Alterando o número da porta. Feito isto, basta clicar no botão OK e a alteração terá sido realizada com sucesso. Assim, os problemas de comunicação que o MEC1100 poderia apresentar quando programado por alguns dispositivos são resolvidos. 5.3 Utilizando o Acessório para Comunicação Serial A comunicação do MEC1100 com o computador é feita comumente por meio de uma porta USB do computador. Porém, se for necessário usar o equipamento com um modelo antigo de computadores pode ser necessário realizar a comunicação por meio de uma porta serial. Para isso, o MEC1100 possui um acessório opcional que permite a comunicação direta essa porta. A próxima figura mostra o MEC1100 em conjunto com o módulo de comunicação serial: Figura 29: MEC1100 com módulo de comunicação serial. À direita imagem aproximada para detalhar o conector SERIAL_RXTX e o parafuso de fixação. 18

20 Para realizar a comunicação serial entre o MEC1100 e o PC, basta colocar o módulo de comunicação serial no conector SERIAL_RXTX (item 9 da figura 2), exatamente como mostra a figura a seguir: Figura 30: Apresentação do módulo de comunicação serial conectado à placa e fixado por meio do parafuso. Repare que o parafuso deve atravessar a placa do módulo de comunicação serial. Depois de o módulo estar encaixado no conector, uma porca deve ser utilizada para travar o módulo de comunicação serial à placa do MEC1100. Assim que o módulo de comunicação serial estiver conectado, a comunicação pode ser efetivada por meio de um cabo serial comum. 6 Comandos e Protocolo de Comunicação Esse tópico descreve como os comandos utilizados para controlar o MEC1100 são enviados para execução sem que se faça uso da biblioteca de controle. É descrito como gerar as sequências de bytes que codificam os comandos e que devem ser enviadas ao dispositivo para execução. São explicadas também as configurações que devem ser feitas para possibilitar a comunicação entre um equipamento e um programa de computador. 6.1 Envio de Comandos Todas as operações no equipamento são realizadas a partir do envio de comandos através da porta USB de um computador. Esses comandos são formados por uma sequência de bytes que determinam que operação o MEC1100 deverá realizar. Essa sequência de bytes segue um formato padrão, que é apresentado a seguir: BEGIN_CMD Código do comando [parâmetros] Primeiramente é enviado um byte indicando o início do envio de um novo comando. Esse byte é denominado BEGIN_CMD. Em seguida deve ser enviado um byte com o código do comando que será executado. Logo após o código do comando são enviados os parâmetros. Os parâmetros variam 19

21 dependendo do comando sendo executado, podendo até mesmo não haver parâmetros. Uma vez enviada essa sequência o dispositivo irá processar o comando e realizar a tarefa requisitada. Se houver algum tipo de retorno, ele será enviado de volta para o computador pela porta USB. Ao final, o equipamento envia um byte indicando o término da execução do comando. Esse byte é denominado END_CMD. A seguir, a sequência completa da execução de um comando. BEGIN_CMD Código do comando [parâmetros] [retorno] END_CMD Os bytes denominados BEGIN_CMD e END_CMD são constantes e possuem sempre o mesmo valor que não depende do comando enviado e servem apenas para indicar o início e o término do envio de um comando. Abaixo a definição do valor dessas constantes: Constante Valor Decimal Valor Hexadecimal BEGIN_CMD 240 0xF0 END_CMD 241 0xF1 Todo comando possui um código único que o identifica. Esse código é formado por 8 bits, ou seja, um byte. Esse byte é enviado após o byte BEGIN_CMD, permitindo que o equipamento determine que comando deve ser executado. Abaixo, segue uma lista com os comandos reconhecidos pelo MEC1100, seus códigos na forma decimal e hexadecimal e uma pequena descrição da função de cada um. Comando Código (Dec) Código (Hex) Descrição CMD_NOP 0 0x00 a operação CMD_DEVICE_STATUS 2 0x02 Retorna o estado atual do MEC1100 CMD_DEVICE_INFO 03 0x03 Retorna informações sobre o MEC1100 CMD_SENSOR_READ 16 0x10 Ler um sensor CMD_SENSOR_READ_ALL 17 0x11 Ler todos os sensores imediatamente CMD_DIGITAL_PORT_READ 64 0x40 Ler porta digital CMD_DIGITAL_PORT_WRITE 65 0x41 Gravar em porta digital CMD_SERVO_MOTOR_ON 66 0x42 Ligar Servomotor CMD_SERVO_MOTOR_OFF 67 0x43 Desligar Servomotor CMD_PWM_ON 68 0x44 Ligar PWM CMD_PWM_OFF 69 0x45 Desligar PWM CMD_DIGITAL_PIN_READ 70 0x46 Ler pino digital CMD_DIGITAL_PIN_WRITE 71 0x47 Gravar em pino digital CMD_PROGRAM_STORE 80 0x50 Gravar programa CMD_PROGRAM_READ 81 0x51 Ler programa 20

22 CMD_PROGRAM_RUN_STORED 82 0x52 Rodar programa gravado CMD_PROGRAM_RUN 83 0x53 Rodar programa Após o envio do código do comando, se existirem, são enviados os parâmetros. Seu significado e formato depende do comando sendo enviado. Por exemplo, o comando CMD_DIGITAL_PIN_WRITE, que liga um pino digital, possui um parâmetro que indica qual pino deve ser ligado. Esse parâmetro é formado por um único byte, que se tiver o valor 1 indica que o pino 1 deve ser ligado, e se tiver o valor 8, o pino 8 que dever ser ligado. Um outro exemplo é o comando CMD_PROGRAM_STORE, que grava um programa na memória interna do equipamento. Esse comando tem como parâmetro os comandos que formarão o programa. No entanto, como esses comandos possuem um tamanho variável, temos que indicar para o MEC1100 qual é o tamanho do comando. Isso é feito enviando primeiramente dois bytes que indicam esse tamanho. Esses dois bytes formam um valor de 16 bits que indica quantos bytes serão enviados em seguida, no caso o tamanho do texto dos comandos. O envio de todo parâmetro que possua um tamanho variável terá essa forma, em que dois bytes são enviados primeiramente indicando o tamanho do parâmetro e somente após esses bytes o parâmetro propriamente dito é enviado. Além de parâmetros, os comandos podem ter algum tipo de retorno de resultado. Assim como acontece com os parâmetros, o significado do retorno irá depender do comando executado. Por exemplo, o comando CMD_SENSOR_READ, que lê um sensor, tem como retorno dois bytes, que formam um valor de 16 bits, que é a leitura do sensor. O retorno pode ter um tamanho variável e do mesmo modo que ocorre com os parâmetros, esse tamanho deve ser indicado de alguma forma para que o programa no computador saiba quantos bytes ele deve ler como retorno. Essa indicação é feita da mesma maneira que foi feita com os parâmetros. Para indicar o número de bytes que devem ser lidos como retorno, o MEC1100 envia dois bytes, formando um valor de 16 bits, que especifica o número de bytes que serão enviado em seguida. É importante esclarecer a forma como devem ser enviados os valores de 16 bits ou 32 bits. Esses valores devem ser enviados iniciandose do byte mais significativo para o menos. O MEC1100 também utiliza essa mesma lógica no envio dos retornos. Por exemplo, o comando CMD_PROGRAM_READ, utilizado para ler programas da memória interna do MEC1100, possui como parâmetro um valor de 16 bits que indica o número de bytes que devem ser lidos da memória. Vamos dizer que queremos ler 100 bytes da memória do MEC1100. Para isso, enviaríamos a seguinte sequência de bytes pela porta serial: 0xF0 0x51 0x00 0x64 Como podemos ver, enviamos primeiramente o byte BEGIN_CMD seguido do código do comando CMD_PROGRAM_READ e por fim o parâmetro de 16 bits com valor 100, ou em hexadecimal 0x0064. O envio do parâmetro de 16 bits é feito na ordem do byte mais significativo, no caso 0x00, para o menos significativo, ou seja 0x64 no nosso exemplo. Podemos continuar utilizando o mesmo exemplo para mostrar como o MEC1100 utiliza a mesma lógica de envio em seus retornos. No comando, CMD_PROGRAM_READ como o número de bytes que se deseja ler da memória varia, o tamanho do retorno também é variável. Logo o retorno desse comando segue o formato dos retornos variáveis, em que, antes do retorno propriamente dito, é enviado um valor de 16 bits indicando o tamanho do retorno. Os bytes de retorno no nosso exemplo seriam os seguinte: 0x00 0x bytes lidos na memória 21

23 Os dois primeiros bytes, 0x00 e 0x64, indicam o tamanho do retorno, que é 100 bytes. No comando CMD_PROGRAM_READ, o tamanho do retorno é igual ao número de bytes que se requisitou que fossem lidos. No nosso exemplo requisitamos a leitura de 100 bytes, como retorno temos 0x00, que é o byte mais significativo do tamanho do retorno, seguido do byte 0x64 que é o byte menos significativo do tamanho do retorno. Com isso formamos o valor em hexadecimal 0x0064, ou 100 em decimal. Após esse valor são enviados os 100 bytes lidos da memória, que é o retorno propriamente dito. Outra informação importante é que a contagem dos valores de parâmetros e retornos iniciam a partir de 1. Por exemplo, no comando CMD_DIGITAL_PIN_WRITE, utilizado para escrever em uma saída digital, existem dois parâmetros, um com a saída digital onde ele deve escrever e outro com o valor. Para escrever na saída digital 1, devemos enviar o valor 1 como parâmetro. Para as demais, contase sucessivamente até a última saída. 6.2 Configuração da Comunicação A comunicação entre o MEC1100 e o computador é feita por uma porta USB. Um ponto importante é a configuração dos parâmetros dessa comunicação. Os dois lados da comunicação devem utilizar as mesmas configurações. O valor dos parâmetros de configuração utilizados no MEC1100 são listados abaixo e para que um programa inicie uma comunicação com o dispositivo ele deverá configurar a porta USB do computador com esses mesmos valores. Taxa de transmissão: Número de bits de dados: Paridade: Número de bits de stop: Bauds 8 bits Sem Paridade 1 StopBit Os detalhes para que um programa configure uma porta serial e possa enviar e receber bytes através dela depende principalmente do sistema operacional e da linguagem de programação utilizados. A seguir algum sites com informações para programação de porta serial em Windows e Linux e para as linguagens de programação C++, Delphi em ambiente da Borland e para a plataforma.net. Comunicação serial no Win32: Comunicação serial no Linux: Descrição Detalhada dos Comandos A seguir todos os comandos do MEC1100 serão vistos em detalhes. São apresentadas todas as informações, específicas de cada comando, necessárias para a formação da sua sequência de bytes enviada ao equipamento. Essas informações podem ser resumidas em código do comando, descrição do comando e descrição da forma de envio, tamanho e significado dos seus parâmetros e retorno. Ao final é apresentado um quadro de resumo que pode ser utilizado para referência rápida. CMD_NOP: a Operação 0x00 22

24 Não realiza nenhuma operação. É utilizado para verificar a presença de algum MEC1100 ligado à uma porta serial. CMD_DEVICE_STATUS: Retorna o estado atual do equipamento 0x02 Retorna o Status atual com o valor da porta de saída digital, além dos parâmetros definidos para a porta PWM. Retorna a estrutura de dados que armazena o estado do dispositivo no momento. Essa estrutura é formada pelos seguintes campos: Tamanho Descrição 1 byte Valor da porta 1 de saídas digitais 16 bytes Divididos em valores de 2 bytes com parâmetro de período dos PWMs 1 a 8 16 bytes Divididos em valores de 2 bytes com parâmetro de ciclo ativo dos PWMs 1 a 8 8 bytes Divisor de clock dos PWMs 1 a 8 1 byte Polaridade dos PWMs 1 a 8 1 byte Status da máquina virtual 1 byte Código de erro da máquina virtual CMD_DEVICE_INFO: Dados sobre a versão do MEC1100 0x03. 2 bytes indicando o tamanho do retorno, 1 byte com versão do hardware (VER*10), 1 byte com versão do software (VER*10) e n bytes com uma string ASCII com o nome do dispositivo. Retorna dados sobre a versão do Hardware, Software e o nome do dispositivo. CMD_SENSOR_READ: Ler um sensor imediatamente 0x10 Um byte indicando a entrada analógica que deve ser lida. A leitura da entrada analógica, que é um valor de 16 bits. O primeiro byte com a parte mais significativa do valor e o segundo com a parte menos significativa. Pode ser um valor de 0 a Lê uma entrada analógica. Existem 8 entradas analógicas no MEC1100. CMD_SENSOR_READ_ALL: Ler todos os sensores imediatamente 0x11 23

25 Retorno de tamanho variável. O primeiro byte enviado é a parte mais significativa seguido de outro que é a parte menos significativa de um valor de 16 bits que indica o número de bytes de retorno que deverão ser recebidos. Em seguida um conjunto de valores de 16 bits que são as leituras dos canais. O primeiro byte de cada um desses valores é a parte mais significativa da leitura do canal, e o segundo a parte menos significativa. Lê todos os pinos de sensores em uma única operação. Os pinos são lidos na ordem do primeiro ao oitavo pino de sensores. CMD_DIGITAL_PORT_READ: Ler porta digital 0x40 Um byte indicando a porta que será feita a leitura. Um byte com a leitura da porta. Lê valor de uma porta digital. CMD_DIGITAL_PORT_WRITE: Gravar em porta digital 0x41 Um byte indicando a porta seguido de outro byte com o valor que deve ser gravado. Grava um valor em uma porta digital. CMD_SERVO_MOTOR_ON: Ligar Servo Motor 0x42 Um byte indicando o servomotor que deve ser ligado seguido de outro byte que indica a posição. Um byte indicando o servomotor que deve ser ligado, o MEC1100 permite o controle de até 8 servomotores, logo pode ser um valor de 1 a 8. Em seguida um bytes indicando a posição do eixo do servomotor. Um valor 0 nesse parâmetro indica que o servomotor deve girar seu eixo para o início de seu curso (0º), e um valor 255 fará com que ele permaneça no final do curso (180º). Para servomotores adaptador para giro contínuo, esse parâmetro indica o sentido da rotação, um valor 0 fará com que o motor gire em uma direção e o valor 255 faz com que ele gire para a direção contrária. Obs.: As saídas de controle de servomotores 1, 2 e 3 podem controlar servomotores de posição com 256 níveis diferentes. Utilizandose o comando de PWM é possível obter um controle ainda maior nessas 3 saídas de controle de servomotores. Já as saídas 4 à 8 permitem o controle de 16 posições diferentes. 24

26 CMD_SERVO_MOTOR_OFF : Desligar Servo Motor 0x43 Um byte indicando que servomotor deve ser desligado. Desliga um servomotor. CMD_PWM_ON : Ligar PWM 0x44 Valor de 1 byte com número do PWM, valor de 2 bytes que indica a duração do período do PWM, Valor de 2 bytes que indica a duração do ciclo ativo do PWM, Valor de 1 byte com indicativo do divisor do clock do PWM (o divisor é igual a 2 elevado a esse valor) e Valor de 1 byte indicando a polaridade do PWM. Liga um PWM. CMD_PWM_OFF : Desligar PWM 0x45 Um byte indicando o PWM que deve ser desligado. Desliga um PWM. CMD_DIGITAL_PIN_READ: Ler canal específico da porta de Entrada Digital 0x46 Um byte indicando a entrada digital que será lida. Um byte com a leitura da entrada digital. Lê o valor de uma entrada digital. CMD_DIGITAL_PIN_WRITE: Gravar em um canal da porta de Saída Digital 0x47 Um byte indicando a saída digital seguido de outro byte com o estado que a saída digital deve assumir. Grava um valor em uma saída digital. CMD_PROGRAM_STORE: Gravar um programa na memória interna 0x50 2 bytes indicando o tamanho do parâmetro seguido da sequência de bytes com o código do programa autônomo. 25

27 Grava um programa na memória interna do MEC1100 que pode ser executado de forma autônoma, sem a necessidade de estar conectado a um computador. CMD_PROGRAM_READ: Lê um programa na memória interna 0x51 2 bytes indicando o tamanho do retorno, 16 bytes com cabeçalho da memória interna do equipamento, seguidos do código do programa autônomo. Lê um programa que esteja gravado na memória interna do MEC1100. CMD_PROGRAM_RUN: Executa o programa autônomo 0x52 Executa o programa autônomo que esteja gravado na memória interna do equipamento CMD_PROGRAM_STOP: Pára a execução do programa autônomo 0x53 Pára a execução do programa autônomo em execução. CMD_PROGRAM_ERASE: Apaga o programa autônomo do equipamento 0x54 Apaga o programa autônomo da memória interna do equipamento. 26

28 Comando Código (Hex) Parametros Retorno CMD_NOP 0x00 CMD_DEVICE_NAME 0x01 Informações do equipameno2 CMD_DEVICE_STATUS 0x02 Estado interno do equipamento CMD_SENSOR_READ 0x10 Entrada analógica Leitura CMD_SENSOR_READ_ALL 0x11 Leituras2 CMD_DIGITAL_PORT_READ 0x40 Porta de entrada digital Estado da porta CMD_DIGITAL_PORT_WRITE 0x41 Porta de saída digital, novo estado da porta CMD_SERVO_MOTOR_ON 0x42 Servomotor, posição do eixo CMD_SERVO_MOTOR_OFF 0x43 servomotor CMD_PWM_ON 0x44 PWM, período, ciclo ativo, divisor de clock, polaridade CMD_PWM_OFF 0x45 PWM CMD_DIGITAL_PIN_READ 0x46 Entrada digital Estado da entrada digital CMD_DIGITAL_PIN_WRITE 0x47 Saída digital, novo estado da saída digital CMD_PROGRAM_STORE 0x50 Programa1 CMD_PROGRAM_READ 0x51 Programa2 CMD_PROGRAM_RUN 0x52 CMD_PROGRAM_STOP 0x53 CMD_PROGRAM_ERASE 0x54 1. Parâmetro de tamanho variável. Antes de enviar os dados do parâmetro, é necessário enviar um valor de 16 bits que indica quantos bytes serão enviados em seguida como parâmetro. 2. Retornos com tamanho variável. Os dois primeiros bytes do retorno são um valor de 16 bits que indicam o número de bytes totais do retorno. Obs.: A configuração da porta serial do MEC1100 é bauds, 8 bits, sem paridade e 1 stop bit. 27