Sistema automatizado de coleta de dados para experimentos biológicos baseados em labirintos e animais do tipo ratos brancos

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1 UNICENP Centro Universitário Positivo Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas Curso de Engenharia da Computação Sistema automatizado de coleta de dados para experimentos biológicos baseados em labirintos e animais do tipo ratos brancos Autora: Natasha Krassuski Fortes Prof. Orientador: Álvaro R. Cantieri Curitiba 003

2 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS...IV LISTA DE TABELAS...V RESUMO...VI ABSTRACT... VII INTRODUÇÃO.... DESCRIÇÃO DOS OBJETIVOS.... JUSTIFICATIVA... REVISÃO TÉCNICA E BIBLIOGRÁFICA...3. ANÁLISE DE COMPORTAMENTO DE ANIMAIS...3. EXPERIMENTOS COM RATOS OU CAMUNDONGOS NAS ÁREAS DE FARMACOLOG IA E PSICOLOGIA Caixa de Skinner Labirinto aquático Caixa de esquiva OS ANIMAIS DE TESTE Características dos Camundongos FERRAMENTAS PARA O PROJETO Câmera Microcontrolador Conversor analógico/digital ADC Linguagem de Programação C Linguagem de Programação Assembly para O PROJETO VISÃO GERAL EXPERIMENTO DE VALIDA ÇÃO FUNCIONAMENTO Módulos de hardware e software utilizados Módulo de Aquisição de imagens Módulo de Processamento de Imagens Módulo Microcontrolado Módulo de Sensores e Atuadores DIAGRAMAS Hardware Software... i

3 3.5 INTERFACES DESCRIÇÃO DA BASE DE DADOS IMPLEMENTAÇÃO HARDWARE Conversor A/D de Sensores Analógicos Controlador de Sensores Digitais, Atuadores e Endereçamento Emissor do Sensor de Passagem Receptor do Sensor de Passagem Placa de Barramento Sensor de Luminosidade e Temperatura SOFTWARE Linguagem C Linguagem Assembler para ANÁLISE DE CUSTOS TESTES TESTES DE VALIDAÇÃO Módulo de Aquisição de Imagens Módulo de Processamento de Imagens Módulo Microcontrolado Módulo de Sensores e Atuadores Validação do Protótipo CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO ESQUEMÁTICO DA PLACA MICROCONTROLAD ORA ANEXO CRONOGRAMA FÍSICO ANEXO 3 - LABIRINTO ii

4 LISTA DE ABREVIATURAS ADC CI CMOS CPU DFD EEPROM EPROM E/S LCE LDR LSB LTG MDF NAT ODBC PC PIC RAM REC RGB ROM UART USB VGA WDM Analog to Digital Converter; Circuito Integrado; Complementary Metal Oxide Semi-Conductor; Central Processing Unit; Diagrama de Fluxo de Dados; Electrically Erasable Programmable Ready Only Memory; Erasable Programmable Ready Only Memory; Entrada / Saída; Labirinto em cruz elevado; Light Depending Resistor; Lower Signifcative Bit; Lamotrigina; - Fibras de Madeira de Média Densidade (Medium Density Fiberboard) Natação; Open Database Computing Driver; Personal Computer; Projeto de Iniciação Científica; Random Access Memory; Resposta Emocional Condicionada; Red-Green-Blue; Ready Only Memory; Universal Assynchronous Receiver Transmitter; Universal Serial Bus; Video Graphics Adapter / Array; Windows Device Manager. iii

5 LISTA DE FIGURAS FIGURA - MUS MUSCULUS...6 FIGURA DIVISÃO DO LABIRINTO PARA PROCESSAMENTO DAS IMAGENS... 4 FIGURA 3 - ESQUEMÁTICO DO SENSOR DE PASSAGEM... 7 FIGURA 4 CIRCUITO ELETRÔNICO DOS SENSORES DE LUMINOSIDADE E TEMPERATURA... 7 FIGURA 5 DIAGRAMA EM BLOCOS DO HARDWARE... 8 FIGURA 6- ESQUEMÁTICO DO ALARME... 8 FIGURA 7 - ESQUEMÁTICO DO CIRCUITO DOS SENSORES ANALÓGICOS... 9 FIGURA 8 - ESQUEMÁTICO DO CIRCUITO DOS SENSORES DIGITAS, ATUADORES E LÓGICA DE ENDEREÇAMENTO 0 FIGURA 9 - DIAGRAMA DE CASO DE USO... FIGURA 0 - DIAGRAMA DE SEQÜÊNCIA DE CONFIGURAÇÃO DO FIGURA - DIAGRAMA DE SEQÜÊNCIA DO EXPERIMENTO... FIGURA - DIAGRAMA DE SEQÜÊNCIA DE SALVAR RESULTADOS... 3 FIGURA 3 - DIAGRAMA DE SEQÜÊNCIA DE ABRIR RESULTADOS... 3 FIGURA 4 - DFD DE PESQUISA... 4 FIGURA 5 - DFD DE EXCLUSÃO... 4 FIGURA 6 FLUXOGRAMA... 5 FIGURA 7 - T ELA PRINCIPAL DO SOFTWARE DO COMPUTADOR... 6 FIGURA 8 - T ELA DE CONFIGURAÇÃO... 7 FIGURA 9 T ELA DE RESULTADOS... 7 FIGURA 0 - T ELA DE PESQUISA... 8 FIGURA - INTERFACE DE EXCLUSÃO... 8 FIGURA - T ELA DE INFORMAÇÕES... 8 FIGURA 3 LAYOUT DA PLACA DO CONVERSOR A/D DE SENSORES ANALÓGICOS... 3 FIGURA 4 - LAYOUT DA PLACA DO CONTROLADOR DE ATUADORES FIGURA 5 - LAYOUT DA PLACA DO EMISSOR DO SENSOR DE PASSAGEM FIGURA 6 - LAYOUT DA PLACA DO RECEPTOR DO SENSOR DE PASSAGEM FIGURA 7 - ESQUEMÁTICO DO CIRCUITO DAS INTER-CONEXÕES DE PLACAS FIGURA 8 - LAYOUT DA PLACA DA PLACA DE B ARRAMENTO FIGURA 9 - LAYOUT DA PLACA DE SENSORES DE LUMINOSIDADE E T EMPERATURA FIGURA 30 - ESQUEMÁTICO DO KIT DO MICROCONTROLADOR FIGURA 3 - DIMENSÕES DO LABIRINT O FIGURA 3 - POSICIONAMENTO DAS TÁBUAS NO LABIRINTO iv

6 LISTA DE TABELAS T ABELA - TABELA DE EXPERIMENTOS... 9 T ABELA - TABELA DE PONTOS... 9 T ABELA 3 - CUSTOS T ABELA 4 - TÁBUAS DO LABIRINTO v

7 Resumo O sistema apresentado nesse projeto tem a finalidade de automatizar coleta de dados em experimentos biológicos com pequenos animais, principalmente do tipo análise de comportamento com ratos brancos ou camundongos. Essa automatização será feita por meio da aquisição e processamento de imagens dos movimentos dos animais em um labirinto, retornando os dados de interesse dentro de um conjunto pré-determinado, e do uso de um sistema microcontrolado que realizará a automação do controle de variáveis de um ambientes e de possíveis estímulos aplicados aos animais. O sistema tem como principal característica à flexibilidade de aplicação, pois pequenas alterações nas configurações e no código do software possibilitam sua utilização em diversos tipos de experimentos similares. Palavras -chave: experimentos biológicos, análise de comportamento, coleta automática de dados. vi

8 Abstract The system presented on this project has the purpose to automatize the acquisition of data in biological experiments with small animals, preferentially the type used to analyses the behavior with mices or rats. This automatization will be made by means of the acquisition and image processing of animals movement on a labyrinth, returning the interest data on a pré-determinated group, and the use of a micro controlled system that will carry through the automation of ambient variable control and possible stimulus applied on the animals. The system has as principal characteristic the application flexibility, therefore small configuration changes and alterations on software make possible his utilization on a large type of similar experiments. Key Words: biological experiments, behavior analyses, automatic data collection. vii

9 INTRODUÇÃO A análise de comportamento de animais é uma técnica já antiga de estudo aplicada a vários ramos da ciência humana. Sua utilização permite aos estudiosos a busca de respostas para muitas questões relacionadas as mais diversas áreas do conhecimento humano. Dentre elas, possivelmente uma das áreas que mais influenciam o dia a dia do homem é o desenvolvimento de medicamentos, onde todos os testes preliminares devem ser feitos com a utilização destes animais, devido ao risco envolvido. Este tipo de análise necessita de um número grande de testes em vários grupos de animais, pois a confirmação da ação dos fármacos é baseada em análise estatística do resultado obtido para cada animal em separado. Dessa forma o número de repetição de coleta de dados envolvida é grande, realizada pelo experimentador, muitas vezes de forma manual, o que pode gerar imprecisões devido aos métodos utilizados. Com o surgimento dos computadores, estas ativida des podem se tornar mais simples de serem resolvidas com uma maior precisão através da coleta automática desses dados. A tecnologia necessária para o desenvolvimento de sistemas desse tipo com o grau de precisão exigida está atualmente disponível para uso geral a baixo custo, o que é um grande incentivo a este tipo de desenvolvimento. Dessa forma, procurou-se neste trabalho realizar o desenvolvimento de um protótipo de sistema de coleta de dados para este tipo de experimento, buscando os melhores resultados com relação à eficiência nas aplicações dos mesmos nas áreas de biologia, farmacêutica e psicologia, que se utilizam deste tipo de análise mais diretamente, mas que pode também ser facilmente adaptado a experimentos de outras áreas. A base fundamental deste sistema é o processamento de imagens utilizando-se o MICROCOMPUTADOR, auxiliada pelo controle automático de variáveis de interesse baseado em um módulo de controle microprocessado.

10 . Descrição dos Objetivos O projeto tem por objetivo viabilizar o estudo do comportamento de animais estimulados por fatores externos, tais como drogas, pulsos elétricos, alimentação, etc. O objetivo geral é a criação de um sistema flexível de coleta de dados e automação de estímulos para a utilização em experimentos de análise de comportamento com animais do tipo ratos brancos ou camundongos. Os objetivos específicos são: Criar um protótipo de sistema de controle de sensores e atuadores, com oito entradas analógicas, oito entradas digitais e oito saídas com acionadores de relês, baseado em microcontrolador, com interligação com o MICROCOMPUTADOR e software de interação com usuário para programação do sistema, para utilização na manipulação das variáveis ambientes no experimento. Criar um sistema de coleta e processamento de imagem proveniente de uma câmera do tipo Web Câmera, com o devido processamento e armazenamento dos dados relevantes ao experimento para uma análise posterior. Desenvolver o sistema para que o mesmo possua flexibilidade de aplicação, podendo ser utilizado posteriormente em diversos tipos de experimentos desde que sejam realizadas alterações necessárias no hardware e software.. Justificativa Um problema relevante encontrado atualmente nos experimentos biológicos com animais em ambiente de laboratório é o fato de não existirem sistemas digitais flexíveis e de baixo custo para a aquisição de dados comportamentais das mesmas. Todo o processo é geralmente feito manualmente gerando imprecisões e lentidão. Dessa forma, o estudo de um dispositivo para autom atização deste processo é um problema relevante e possui uma aplicação prática importante no desenvolvimento deste tipo de experimento.

11 REVISÃO TÉCNICA E BIBLIOGRÁFICA. Análise de comportamento de animais O estudo do comportamento dos animais não é uma área nova na ciência humana. No entanto, este estudo nunca possuiu um grau de importância tão grande no desenvolvimento das ciências que afetam diretamente o ser cidadão comum, principalmente nas áreas médica e psicológica, como agora. Dentre os experimentos baseados em comportamentos de animais, os relacionados às áreas da psicologia do comportamento e da farmacologia possuem um nível de importância prática muito grande. Dentre os experimentos destas áreas, os mais importantes são descritos a seguir.. Expe rimentos com ratos ou camundongos nas áreas de farmacologia e psicologia Os experimentos relacionados à área de farmacologia são bastante utilizados para o teste dos efeitos de um determinado medicamento sobre o comportamento, memória ou outras variáveis que podem ser diretamente afetadas por este. Um exemplo de experimento deste tipo é um estudo realizado na UNICAMP, intitulado Efeitos da administração crônica de lamotrigina sobre a aprendizagem e a memória em ratos submetidos ao teste do labirinto em cruz elevado [ ]. Neste experimento notamos claramente a necessidade da análise dos dados relacionados ao comportamento, mais especificamente a movimentação do rato sobre o labirinto. O número de repetições da análise é grande, o que nos demonstra a utilidade da automação do processo. Já no caso da psicologia, o estudo geralmente tem como objetivo a verificação de alteração nos padrões de comportamento devido a condicionamentos, memórias, traumas ou outras variáveis deste tipo. Um exemplo de estudo deste tipo é o experimento intitulado Influência da temperatura da água sobre o comportamento de ratos submetidos a estresse por natação [ ]. Dentre os experimentos possíveis, os mais comumente utilizados para os fins descritos anteriormente são os definidos a seguir. 3

12 .. Caixa de Skinner Um dos experimentos mais utilizados para teste de comportamento em ratos é a caixa de Skinner [ 9 ]. Tipicamente, um rato é colocado dentro de uma caixa fechada que contém apenas uma alavanca e um fornecedor de alimento. Quando o rato aperta a alavanca sob as condições estabelecidas pelo experimentador, uma bolinha de alimento cai na tigela de comida, recompensando assim o rato. Após o rato ter forne cido essa resposta o experimentador pode colocar o comportamento do rato sob o controle de uma variedade de condições de estímulo. Além disso, o comportamento pode ser gradualmente modificado ou modelado até aparecerem novas repostas que ordinariamente não fazem parte do repertório comportamental do rato... Labirinto aquático Criado em 98 por Richard Morris, consistia de uma piscina circular de 3 cm de diâmetro e 53cm de altura, preenchida com água a 6 C e tornada opaca pela adição de leite. Em um local pré-estabelecido, havia uma plataforma submersa, cm abaixo do nível da água, na qual o animal podia subir para escapar da água. Como não existiam pistas locais que identificassem a posição da plataforma o animal tinha que navegar para um local particular do espaço, baseando-se nas pistas externas ao aparelho. Isto é, o animal devia localizar uma plataforma que ele não podia ver, ouvir ou cheirar [ 0 ]...3 Caixa de esquiva É uma caixa que possui dois compartimentos ligados através de uma porta onde existe um sensor de passagem. Em um dos compartimentos coloca-se o animal e no outro, comida. No compartimento onde existe a comida, uma grade metálica ligada a um gerador elétrico é acionada cada vez que o rato entra, fornecendo assim um choque de baixa corrente, suficientemente forte para causar uma dor incômoda no mesmo. O objetivo deste experimento é a verificação da memória do animal, uma vez que cada vez que este entra no compartimento da comida pode-se deduzir que o mesmo tenha perdido a lembrança do evento anterior. É um dos experimentos utilizados para o teste de drogas com efeito sobre a memória. 4

13 Esquiva passiva (ou inibitória) step-down: o objetivo desse teste, formado por uma caixa que contém uma plataforma estreita localizada uma polegada acima a um piso de metal, é de observar o animal descendo o assoalho recebendo choques nas patas. O tempo que o animal demora para descer é medido, é realizado uma média dos valores e é avaliado o índice de aprendizagem pelo tempo de demora que o animal leva para descer a plataforma. Esquiva passiva step-through: o objetivo desse teste, formado por uma caixa com um pequeno compartimento intensamente iluminado, conectado a uma porta que por sua vez liga um compartimento escuro com barras metálicas, é o de, colocado o animal no compartimento iluminado, é testar o índice de retenção do animal quando esse tenta ir para o compartimento escuro e recebe choques nas patas. Esquiva ativa em uma caixa de Skinner (lever press box ): o objetivo desse teste, composto por uma caixa com uma barra em uma das quatro paredes e um emissor do estímulo condicionado (luz ou som), é o de avaliar a intuição do animal em pressionar a barra evitando assim o choque. O animal realiza o aprendizado ao perceber que antes de cada choque o emissor de estímulo condicionado é acionado. Caso ele pressione a barra, esse emissor não é acionado. Esquiva ativa em uma shuttle box: o objetivo desse teste, composto por uma caixa dividida em dois compartimentos com grades do assoalho eletrificadas e separadas por uma porta em forma de guilhotina ou por uma barreira transponível, é o de avaliar o teste de retenção, bem como a caixa de esquiva ativa de uma via, porém, o choque não é dado quando o animal emite uma resposta de esquiva, isto é, quando o animal corre do compartimento de punição para o compartimento seguro dentro de um determinado tempo. A latência de entrada no compartimento seguro é aferida como o índice de retenção da tarefa [ 3 ]. 5

14 .3 Os animais de teste Os animais de laboratório mais comumente utilizados em experimentos do tipo citado no trabalho são os chamados ratos brancos e camundongos do tipo Mus musculus (Figura ). São comumente utilizados em experimentos porque são animais inteligentes e aprendem rápido, além serem semelhantes aos humanos em alguns aspectos como: amamentam seus filhotes com leite materno e também constroem comunidades. Estes animais são produzidos e criados em ambiente controlado de forma a evitar estímulos que poderiam alterar o resultado dos experimentos. São geralmente realizadas reproduções consangüíneas de forma a se obter um grupo de animais com as mesmas características genéticas, o que nos garante a repetibilidade dos experimentos dentro dos grupos teste. Figura - Mus musculus De modo geral, os ratos apresentam hábitos noturnos, (embora a visão deles seja pouco desenvolvida diferenciando apenas claro e escuro), possuem paladar e olfato bastante apurados. A audição e o tato são os sentidos mais aperfeiçoados, que auxiliam na locomoção, busca de alimentos e abrigo. Através da audição, conseguem escapar do perigo com antecedência. A presença de vibrissas bigodes e pêlos sensoriais dispos tos ao longo do corpo pêlo-guarda possibilitam a sua movimentação em ambientes escuros, caminhar junto às paredes e dentro de túneis subterrâneos. O camundongo de laboratório difere-se do camundongo doméstico apenas pelo fato dele ser completamente branco, albino, possuindo a pelagem branca e a coloração dos olhos vermelha. No demais, ambos possuem as seguintes mostradas a seguir. 6

15 .3. Características dos Camundongos As características dos camundongos listadas a seguir foram extraídas da referência [ 5 ]. Tempo de vida: aproximadamente um ano; Maturidade sexual: 6 semanas; Gestação: 9 a dias; Filhotes: 3 a 8 por ninhada; Procriação: 5 a 6 vezes pro ano; Tamanho médio (incluindo a cauda): 8 cm; Orelhas: grandes; Olhos: grandes e salientes; Focinho: pequeno; Peso: aproximadamente 5 gramas; Fezes (tamanho / forma): 3 mm / finas, lisas e afiladas nas pontas; Hábitos: Domiciliares; vivem em grupo; familiares ou casais; Habitat: Intradomiciliares; Ninhos: Buracos nas paredes, dispensas e outros; Distância (Abrigo/Alimento): Mais ou menos 0 metros no máximo; Alimentos preferidos: Cereais e alimentos açucarados; Comportamento: Neofílico; Quantidade de alimento diário: Aproximadamente 3 gramas. 7

16 .4 Ferramentas para o projeto.4. Câmera Uma câmera digital é um dispositivo capaz de digitalizar em forma de quadros, imagens que posteriormente podem compor um vídeo digital. Essas câmeras são produtos de uso geral e atualmente seu custo é acessível para a maior parte dos usuários de informática. Por meio desse dispositivo é que será efetuada a captura da movimentação da cobaia pelo labirinto, para posterior processamento. O funcionamento básico de uma webcam USB genérica é: Passo : Ao estar conectada ao computador, ela envia um sinal de requisição para a porta USB e aguarda; Passo : O driver da câmera detecta um valor vindo por um endereço específico da câmera e retorna o sinal, indicando a possibilidade de transferência para o computador e para o software gerenciador do driver do dispositivo (WDM - Windows Device Manager); Passo 3 - A câmera envia os dados para o software e ao final, envia um último sinal, dizendo para finalizar a conexão com o dispositivo USB. A câmera utilizada para o desenvolvimento do protótipo foi do tipo Creative Labs WebCam Go. As especificações desta são as seguintes: Sensor de imagem do tipo CCD, VGA colorido de resolução 640x480 pixels; 4 MB de memória não volátil para armazenamento de imagem; Resistência a choque; Foco ajustável; Lente de alcance de 75mm até o infinito; Focalizador ótico; Captura de vídeo em até 30 quadros por segundo (fps) nas seguintes resoluções: 60x0 e 30x40; Captura de vídeo em até 5 quadros por segundo (fps) nas seguintes resoluções: 640x480; Qualidade de 4 bits RGB e 6 bits RGB de cor em todas as resoluções; Conector Universal Serial Bus (USB). [ 3 ] 8

17 Apesar da resolução baixa, os testes iniciais demonstraram que a mesma é adequada para a aplicação em questão. O principal motivo que justifica a escolha da câmera em questão foi seu baixo custo e grande disponibilidade no mercado. Devido a essas características, o protótipo final deve ter seu custo reduzido, o que é um dos objetivos principais, pois possibilita sua larga aplicação prática..4. Microcontrolador O microcontrolador é a parte fundamental do sistema microcontrolado. É dele a responsabilidade de processar as informações provenientes dos sensores analógicos/digitais e de realizar as ações dos atuadores presentes no experimento. O microcontrolador escolhido para a aplicação no protótipo é o 803 da família 805, processadores de aplicações gerais. O microcontrolador 805 é rápido, com um clock típico de MHz. Suas características de hardware e software permitem a sua utilização como um poderoso controlador, sobretudo em sistemas para lógica seqüencial e combinatória. Como o 803 não possui memória interna, no projeto da Intel existe a possibilidade de expansão para a utilização de memória externa. Possui temporizadores/contadores de 6 bits; oscilador de clock interno e também um canal de comunicação serial do tipo UART full-duplex. Cujo propósito do UART é converter dados para bits, enviá-los pela linha serial e reconstruir os dados novamente na outra extremidade da linha. Pode trabalhar com dados lógicos e aritméticos complexos além de trabalhar com banco de registradores nominais. As principais especificações técnicas do microcontrolador são as seguintes: 9

18 .4.. Características do Microcontrolador 805 A seguir temos algumas características do microcontrolador 805 extraídas de [ 7 ]. CPU de 8-bits otimizada para aplicações de controle; Processamento Booleano Amplo (lógica Single -bit); Espaço de endereçamento de Memória de Programa de 64K; Espaço de endereçamento de Memória de Dados de 64K; 4K bytes de Memória de Programa embutidos no microcontrolador; 8 bytes de RAM de Dados embutidos no microcontrolador; 3 linhas de E/S programáveis; Dois contadores/timers de 6-bits; UART Full duplex; Estrutura de interrupção com dois níveis de prioridade; Oscilador de relógio embutidos no microcontrolador..4.3 Conversor analógico/digital ADC 0808 Os conversores analógico-digitais são circuitos ou componentes que ao terem suas entradas excitadas por uma tensão ou corrente provenientes de um sinal o qual deseja -se medir produzem um código digital equivalente que pode ser processado pelo controlador. [ 6 ] Os ADC s são usados para compatibilizar a interface entre instrumentos digitais ou computadores com o mundo analógico. Em qualquer sistema de instrumentação típico, algum tipo de sinal deve ser aplicado ao computador. Este sinal, geralmente proveniente de um amplificador, representará o valor de algum fenômeno analógico que foi convertido para sinais elétricos através de transdutores. Existem vários tipos de conversores A/D. As características de cada tipo definem as aplicações típicas. São importantes em aplicações industriais, comerciais e militares. O uso de circuitos integrados tem reduzido o tamanho, aumentado a confiabilidade, e criadas novas aplicações. O desenvolvimento da tecnologia tem produzido conversores A/D de baixo custo permitindo a utilização destes circuitos integrados em áreas de controle de processo, sinalização, telemetria e indústria automotivas. 0

19 O conversor A/D escolhido para utilização nesse projeto foi o circuito integrado ADC0808 pela quantidade de níveis de codificação, bem como pelo fato dele possuir um mutiplexador para as suas oito entradas, tornando mais simples o circuito responsável pelos sensores analógicos, que precisam de uma conversão para que os dados sejam enviados ao microcontrolador..4.4 Linguagem de Programação C++ A linguagem C e C++ é utilizada na implementação científica, por permitir uma maior abrangência à implementação em baixo, médio e alto nível. Com a orientação por objetos, através do C++, consegue -se além desse leque amplo de implementação, uma maior organização no código e, conseqüentemente, um melhor entendimento pós-criação do código. Como nesse projeto foi utilizada, além da interface com o usuário, a comunicação em baixo nível com dispositivos, como câmera e microcontrolador (através da porta serial do computador), a utilização da linguagem C++ está justificada, pois ela permite essa implementação facilitada, bem mais acessível do que com as demais ferramentas presentes no mercado. Além disso, durante a graduação, utilizou-se como padrão de referência em programação, a linguagem C Linguagem de Programação Assembly para 805 A linguagem de programação em assembler utilizada no projeto é voltada para programação do microcontrolador 805. Esta programação possui sintaxe própria e por isso ela não é portável para outros processadores a não ser os da família 805. Assim como todas as linguagens assembler (pois essa sofre alterações para cada tipo de processador que é aplicada), ela é de baixo nível, o que faz com que os programas feitos nessa linguagem serem processados diretamente no dispositivo.

20 3 O PROJETO 3. Visão Geral O projeto consiste em um sistema automatizado de coleta de dados para experimentos em labirintos com animais do tipo mus musculus, ou ratos brancos. É composto de duas partes fundamentais: a primeira de coleta e processamento de imagens para verificação de grandezas como deslocamento, velocidade, trajetória, etc., e a outra, de interface de sensores e atuadores programáveis para desenvolvimento de experimentos com interações mais complexas. O primeiro sistema faz a captura digital do vídeo com a movimentação do animal pelo labirinto para depois poder realizar o processamento de informações cabíveis, que são armazenadas em um banco de dados para uma análise posterior. O segundo sistema é responsável pela interação com o animal. Através dele é realizada a programação dos sensores e dos atuadores e também, a verificação dos eventos ocorridos durante o experimento. Foi utilizado um sensor de passagem, indicando a localização atual do animal no labirinto. 3. Experimento de validação Para a validação do protótipo, planejava -se realizar algum dos diversos experimentos definidos na seção.. Entretanto, não foi possível realizar um experimento em conjunto com o Curso de Psicologia da instituição por falta de um professor orientador para o experimento de verificação do projeto. Então, tomou-se a decisão de realizar um experimento com um labirinto (Figura 3 e Figura 3) e com hamisters russos, adquiridos à parte, para efeito de verificação de condicionamento. Os hamisters serão utilizados para demonstrar todas as funcionalidades do sistema. Foi escolhido o hamister tipo russo, devido ao seu porte bastante semelhante ao rato branco.

21 3.3 Funcionamento Inicialmente o usuário deverá escolher no computador, quais serão os parâmetros dos sensores analógicos que estarão habilitados. Em seguida, deverá realizar a transferência dessa configuração para o microcontrolador. Após isso, será definida a duração do experimento e deverá ser ativada a gravação ou o usuário irá determinar manualmente quando o experimento acaba ou até mesmo cancela a ação. Durante a gravação, os quadros são armazenados no computador. Após o término do experimento, o sistema processa estes valores, gerando a posição do animal em cada instante de tempo e retorna as variáveis importantes para este, além de salvar esses dados em um banco para uma análise posterior Módulos de hardware e software utilizados O hardware base do projeto é composto pelo kit do microcontrolador 805, cujo esquemático é mostrado no ANEXO, das interfaces de sensores analógico/digitais, atuadores e da câmera digital. O software do projeto é composto de três partes. A primeira é um programa elaborado em assembler para o microcontrolador 803, que trata do controle dos sensores e dos atuadores. As outras duas são feitas na linguagem C++. Um delas é responsável pela programação dos componentes (sensores/atuadores) a serem habilitados no microcontrolador através da porta serial. A outra, é responsável pelo processamento das imagens capturadas através da Web Câmera e da composição dos resultados. Elas, então, são processadas, mostradas na tela e salvas em um banco de dados Módulo de Aquisição de imagens Este módulo é responsável por capturar as imagens do labirinto e armazená -las em local apropriado. As imagens são armazenadas no formato bitmap com resolução de 30 x 40 pixels e profundidade de cor de 4 bits. Para fazer as aquisições das imagens são utilizadas macros do Windows. A câmera é acoplada ao labirinto a uma altura mínima de 40 centímetros, devido a sua capacidade mínima de focalização. A transferência dos dados é dada por meio de uma interface USB da câmera até o computador que processa os dados. 3

22 3.3.3 Módulo de Processamento de Imagens Neste módulo as imagens são analisadas, obtendo-se os dados de interesse para os experimentos. Essas imagens são processadas por um programa feito na linguagem C++, capaz de reconhecer a variação de cores entre o labirinto de cor bege claro fosca e o hamister, que quase na sua totalidade é cinza escuro, obtendo os pontos em que o animal se encontra em cada intervalo de tempo de aquisição. Para cada frame (quadro) do filme capturado, os pixels são agrupados em quadrantes, cada qual com 300 pixels, resultado da divisão da imagem de 30 x 40 pixels em 6 linhas por 6 colunas. Para cada quadrante, o total de pixels é varrido e é realizada uma análise que separa os pixels considerados claros e escuros presentes neste, ou seja, pixels com valores abaixo ou acima do limiar especificado para a diferenciação de cor entre o rato e o labirinto. Isto é realizado tomandose a média dos seus valores RGB, e comparando-se o valor obtido com o limiar padrão adotado, o que indica se ele é um pixel claro ou escuro. O quadrante que possuir maior quantidade de pixels escuros é marcado como local onde o rato se encontra, ou seja, é armazenada a coordenada matricial da posição deste. Esse procedimento é repetido para todas os quadros capturados, sendo que para cada um deste a nova coordenada é armazenada. A Figura ilustra a divisão da imagem em 6 linhas por 6 colunas. Figura Divisão do labirinto para processamento das imagens 4

23 O valor de 6 linhas por 6 colunas foi escolhido empiricamente através da análise do espaço ocupado pelo hamster na imagem adquirida. Este valor pode ser alterado para que se possa adequar o sistema ao labirinto a ser utilizado. A quantidade de linhas e colunas deve ser proporcional ao tamanho da imagem, no caso 30 x 40 pixels, para que não haja espaçamentos entre os quadrantes, o que resultaria em perda de dados das imagens. O valor limiar para diferenciação do labirinto e do hamster também é configurável via software, de forma que diversos tipos de experimentos podem ser realizados com uma certa precisão, desde que estas cores sejam razoavelmente distintas Módulo Microcontrolado O módulo microcontrolador possui oito entradas analógicas e oito entradas digitais para sensores e oito saídas para atuadores. As entradas analógicas permitem o acoplamento de dispositivos sensores que em um determinado valor, acionam um evento que pode ser, por exemplo, um alarme para o operador em uma situação de erro. As entradas digitais servem para acoplar mecanismos sensores que enviam os dados na forma binária, como por exemplo, os módulos de sensores infravermelhos utilizados no experimento de validação. As saídas para atuadores podem acionar cargas de até A, o que permite acoplar controle automático a dispositivos diversos de interesse, como por exemplo, um módulo solenóide para controle de portas do labirinto. 5

24 3.3.5 Módulo de Sensores e Atuadores Este módulo é responsável pela aquisição de parâmetros presentes avaliados através dos sensores analógicos e digitais utilizados no experimento, bem como a ativação de qualquer dispositivo necessário para a realização deste, conforme a necessidade do usuário. Foi desenvolvido de forma a tornar flexível a utilização do sistema em diversos tipos de experimentos. Desta forma, possibilita a ligação de qualquer sensor previamente construído que entregue em sua saída o dado analógico ou digital dentro dos valores de 0V a 5V, valores padrões de interface do sistema. Neste módulo, estão previstas oito entradas analógicas e oito entradas digitais, além de oito saídas de atuadores que ativam relês que podem ligar qualquer dispositivo que consuma corrente de até A. O módulo realiza a varredura constante de todos os sensores em loop. As entradas analógicas são ativadas através da comparação do valor lido no sensor presente na porta correspondente e um valor padrão limite armazenado na memória do microcontrolador antes do início do experimento. As entradas digitais são ativadas em nível lógico alto, individualmente. Os atuadores estão ligados a saída de cada sensor, sendo cada um destes compartilhados por uma porta analógica e uma digital, por motivo de economia de hardware. Uma expansão no sistema para evitar tal compartilhamento é simples de implementar, não sendo, portanto um limitador do projeto. Para testar essas entradas e saídas, foram implementados um o sensor digital do tipo infravermelho capaz de detectar a passagem do rato por um determinado lugar do labirinto, cujos esquemáticos dos circuitos de recepção e transmissão podem ser visualizados na Figura 3, um sensor analógico de luminosidade que indica se a lâmpada que garante a iluminação do labirinto para a filmagem, está acesa ou não (Figura 4) e dois atuadores, um led que indica o acionamento do sensor digital e um buzzer (Figura 6), que indica se o sensor analógico está acionado. 6

25 VCC J vcc J vcc VCC D LED VCC CON R -0Ω RESISTOR R RESISTOR R -56kΩ J3 gnd J4 OUT CON D GND CON gnd LED 0 Figura 3 - Esquemático do Sensor de Passagem VCC R RESISTOR R -kω 4 U4A VCC CON VCC CON VCC3 CON VCC4 CON NTC R RESISTOR R -0k Ω TL084 OUT_ADC CON CON 0 GND CON GND CON GND3 CON GND4 CON R3 RESISTOR R3-4,7kΩ 4 U4B LDR TL084 OUT_ADC CON CON 3.4 Diagramas Figura 4 Circuito Eletrônico dos Sensores de Luminosidade e Temperatura 3.4. Hardware sistema: A seguir temos o diagrama em blocos do funcionamento da parte de hardware do 7

26 Hardware Sistema de sensores Interface dos sensores MICROCOMPUTADOR Sistema de atuadores Interface dos atuadores Microcontrolador 803 RS-3 (interface de programação) Figura 5 Diagrama em blocos do hardware O esquemático do kit microcontrolador encontra-se no ANEXO deste documento. A seguir, serão tratadas as interfaces de sensores e de atuadores. O alerta do sensor analógico de luminosidade que atingiu seu valor crítico é dado através de uma sirene (buzzer), conforme o esquemático a seguir: KRE VCC BUZZER Figura 6- Esquemático do alarme A interface de leitura dos sensores analógicos foi dada da seguinte maneira: têm-se as entradas analógicas conectadas a um ADC que está projetado para o modo de conversão contínua com um clock ajustado para aproximadamente 640kHz que converte e envia os valores para o barramento de dados do microcontrolador. A entrada a ser lida é habilitada através do mutiplexador do conversor que está conectado aos pinos P.0, P. e P. da porta P do microcontrolador que sempre mantém os valores dessa porta. O pino que habilitará o envio de dados para o barramento virá da lógica de endereçamento será equivalente ao endereço 00h. Este conversor foi configurado para estar em conversão contínua, pois isso facilita as operações do microcontrolador, tirando dele a responsabilidade de acionar a conversão. 8

27 IN0 IN J CON IN IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 J CON J3 CON J4 CON OE U IN0 IN IN IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 REF+ REF- CLK OE EOC ADC0808 GND 3 VCC D0 D D D3 D4 D5 D6 D7 A0 A A START ALE D0 D D D3 D4 D5 D6 D7 A0 A VCC A VCC 4 U3A U3B GND 7 74LS LS04 VRES R -kω C Figura 7 - Esquemático do circuito dos sensores analógicos As portas dos sensores digitais estarão conectadas a um latch para poder recuperar seus valores. O pino de habilitação desse latch vem da lógica de endereçamento e é correspondente ao endereço C00h. O acionamento dos atuadores, também ligados ao um latch, será dado por meio da lógica de endereçamento e é correspondente ao endereço 500h. 9

28 0 CH CON LS RELAY SPDT U7 ULN004A B B 3B 4B 5B 6B 7B C C 3C 4C 5C 6C 7C COM GND CH50 OE_ADC LS7 RELAY SPDT CH5 LS4 RELAY SPDT J7 CON LS5 RELAY SPDT CH CH60 CH6 CON LS8 RELAY SPDT RD CH6 D6 U9A 74LS WR CH0 CON CH0 D0 D4 CH4 CON CH U8A 74LS39/SO A B G Y0 Y Y Y3 VCC GND D5 D3 CH0 CH7 CON LS RELAY SPDT CH0 LS3 RELAY SPDT J6 CON J5 CON 0 CH00 J8 CON U0 74HC573/SO_ D0 D D D3 D4 D5 D6 D7 LE OE Q0 Q Q Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 GND VCC CH3 A4 CH CON D7 CH7 U 74HC573/SO_ D0 D D D3 D4 D5 D6 D7 LE OE Q0 Q Q Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 GND VCC LS6 RELAY SPDT D CH40 UA 74LS CH3 CON U6 ULN004A B B 3B 4B 5B 6B 7B C C 3C 4C 5C 6C 7C COM GND VCC CH30 CH70 U9B 74LS GND CH5 CON CH4 D VCC A5 Figura 8 - Esquemático do circuito dos sensores digitas, atuadores e lógica de endereçamento

29 3.4. Software Os diagramas do programa desenvolvido em C++ são os seguintes: Diagrama de Caso de Uso Configuração 805 Usuário Experimento Salvar Resultados Abrir Resultados Figura 9 - Diagrama de caso de uso

30 Diagramas de Seqüência Configuração do 805 : CControlador : CConfiguração : CComunicação Usuário.Gravar Tempo.EnviaValores 3.EnviaConfiguração Figura 0 - Diagrama de Seqüência de Configuração do 805 Experimento : CControlador : CExperimento Usuário.Iniciar Tempo.IniciarExperimeto 3.LêCâmera.ProcessaImagem 5.Resultados Figura - Diagrama de Seqüência do Experimento Salvar Resultados

31 : CControlador : CBrokerBanco Usuário.Gravar Tempo.Desmaterializa Figura - Diagrama de Seqüência de Salvar Resultados Abrir Resultados : CControlador : CBrokerBanco Usuário.Abrir Tempo.Materializa Figura 3 - Diagrama de Seqüência de Abrir Resultados 3

32 Diagrama de Fluxo de Dados Pesquisa Pesquisar experimento Figura 4 - DFD de pesquisa Pesquisa Excluir experimento Figura 5 - DFD de exclusão 4

33 Fluxograma do Programa em Assembler para o 803 fluxograma: O programa em Assembler que controlará os sensores e atuadores tem o seguinte Início Verifica Sensores Analógicos S Aciona atuadores N Verifica Sensores Digitais S Aciona Atuadores N Figura 6 Fluxograma 5

34 3.5 Interfaces A Figura 7 abaixo, mostra os protótipos de telas do sistema. A primeira imagem trata da tela principal do sistema. Nela é possível realizar os experimentos, abrir resultados e configurar os sensores analógicos. Figura 7 - Tela Principal do software do computador 6

35 A Figura 8 mostra a parte de configuração dos sensores e atuadores, além da comunicação entre o MICROCOMPUTADOR e o microcontrolador feita pela serial. Por meio dessa tela é possível escolher os limites dos sensores analógicos, bem como seu valor de ativação. Após a escolha das variáveis é feita a gravação dessas configurações no microcontrolador e o sistema de sensores e atuadores começa a funcionar. Figura 8 - Tela de Configuração Após o processamento das imagens, o usuário tem acesso aos resultados do experimento por meio da seguinte tela na Figura 9: Figura 9 Tela de Resultados 7

36 O sistema permite que o usuário abra os experimentos anteriores procurando pela data através da seguinte tela: Figura 0 - Tela de Pesquisa seguinte tela: O usuário também pode excluir os experimentos que ac har necessário por meio da Figura - Interface de Exclusão Por fim, tem-se a tela de informações sobre o projeto: Figura - Tela de Informações 8

37 3.6 Descrição da base de Dados O sistema gerenciador de banco de dados que foi utilizado nesse projeto é o Paradox 7, pois o mesmo é parte integrante da ferramenta de desenvolvimento em C++ da Borland. Para esse projeto é necessário o uso de duas tabelas, uma que contém os dados do experimento tais como dia e horário, já a segunda tabela tem os pontos por onde o rato passou. A relação entre a tabela de experimentos para a tabela de pontos é de um para n, sendo que n pode valer de zero até infinito). Campo idexperimento Data Tempo Velocidade Distancia Tipo Inteiro String String String Inteiro Tabela - Tabela de Experimentos Campo idpontos idexperimento X Y Intensidade Horário Tipo inteiro inteiro inteiro Inteiro inteiro String Tabela - Tabela de Pontos 9

38 4 IMPLEMENTAÇÃO 4. Hardware A partir do capítulo 3 pode-se ter noção do esquemático respectivo dos circuitos implementados. Então, foram confeccionadas as seguintes placas: Conversor AD de Sensores Analógicos; Controlador de Sensores Digitais, Atuadores e Endereçamento; Emissor do Sensor de Passagem; Receptor do Sensor de Passagem; Placa de Barramento; Sensor de Luminosidade e Temperatura. 30

39 4.. Conversor A/D de Sensores Analógicos Para a integração dos valores aquisicionados pelos sensores, junto ao microcontrolador, houve a necessidade de criar um circuito que pudesse converter os sinais provenientes desses sistemas analógicos, para a forma binária, aplicável ao microcontrolador. Para tanto, implementou-se em um circuito um conversor A/D, visualizável no esquemático da Figura 7, realizando continuamente a conversão, facilitando seu uso. O layout da placa de circuito impresso do conversor está apresentado abaixo, na Figura 3. Figura 3 Layout da placa do Conversor A/D de Sensores Analógicos 3

40 4... Lista de Componentes Circuitos Integrados: U conversor ADC0808 analógico / digital; U3 porta 74LS04 inversora; Soquetes: Soquete 8 pinos; Soquete 4 pinos; Capacitores: C P6; Conectores: Barra de conectores fêmea para pinos de conexões; 4x Borne KRE vias Comentários Esta foi a primeira placa a ser confeccionada. Seu circuito foi de fácil implementação devido ao fato de já ter sido utilizado durante o curso. A única novidade era o uso de KRE s para conexões de circuitos externos. Foi bem nessa parte o único problema encontrado nessa placa, pois ao esquematizá-la no Orcad, o componente referente ao KRE era diferente do componente adquirido para a confecção dela. A solução encontrada foi utilizar barras de conectores nos lugares dos KRE s e fazer na placa de barramento, conectores para os KRE s com os furos e espaçamentos corretos. 3

41 4.. Controlador de Sensores Digitais, Atuadores e Endereçamento Esta placa é responsável pelo endereçamento dos sensores analógicos, digitais e dos atuadores. Além, ela possui o latch que armazena os valores dos sensores digitais e os circuitos das chaves responsáveis pela parte de atuação. O layout da placa de circuito impresso pode ser visualizado na Figura 4, que foi montada a partir do esquemático da Figura 8. Figura 4 - Layout da placa do Controlador de Atuadores 33

42 4... Comentários O circuito da lógica de endereços foi baseado na referência [ 4 ], implementado sem maiores problemas com o auxílio do osciloscópio para a verificação dos pulsos de leitura e escrita. Como o multiplexador utilizado foi o 74LS39 e este tem sua saídas em nível lógico baixo, fez-se necessária a inclusão de uma porta inversora para poder fazer as habilitações do ADC0808 que é ativado em nível alto e do latch 74HC573 responsável pelo gerenciamento dos atuadores que também é ativado em nível alto. A parte responsável pelos sensores digitais apresentou o seguinte problema: quando as entradas estavam livres, o sistema reconhecia o nível aberto como nível alto, acionando os atuadores. A solução encontrada para esse problema foi aterrar todas as entradas que não estavam sendo utilizadas. Para fazer a confecção da parte dos atuadores dessa placa, foram comprados relês de 6 volts, já que não foi encontrado no mercado relês de baixo custo com ativação em 5 volts. 34

43 4... Lista de Componentes Circuitos Integrados: U6 driver de corrente ULN004A; U7 driver de corrente ULN004A; U8 multiplexador 74LS39; U9 porta inversora 74LS04; U0 latch 74HC573; U porta and 74LS08; U latch 74HC573; Soquetes: 3x Soquete 6 pinos; x Soquete 0 pinos; xsoquete 4 pinos. Conectores: Barra de conectores fêmea para pinos de conexões; x Borne KRE vias. Relés: 8x Mini-Relés 5 pinos 6V. 35

44 4..3 Emissor do Sensor de Passagem É responsável por enviar um sinal de infravermelho que o mantém conectado com a placa receptor. Enquanto a placa receptora receber esse sinal, ela manterá o valor em nível zero, o pino de ativação do sensor. Quando esse contato é interrompido, o valor no pino de ativação vai para nível lógico alto. Seguindo o esquemático da Figura 3, primeira parte, criou-se o layout de confecção da placa da Figura 5. Figura 5 - Layout da placa do Emissor do Sensor de Passagem Lista de Componentes Resistores: R 0O; Conectores: Barra de conectores fêmea para pinos de conexões; Outros: IF Emissor Comentários Como o circuito é bem simples, foi necessário apenas fazer o ajuste do resistor para determinar o alcance do sinal de infra vermelho. 36

45 4..4 Receptor do Sensor de Passagem É responsável por receber um sinal de infravermelho proveniente do emissor. Seguindo o esquemático da Figura 3, segunda parte, criou-se o layout de confecção da placa da Figura 6. Figura 6 - Layout da placa do Receptor do Sensor de Passagem Lista de Componentes Resistores: R 56kO; Conectores: Barra de conectores fêmea para pinos de conexões; Outros: IF Receptor Comentários Como o receptor é bastante sensível, foi preciso encapá-lo com fita isolante para poder direcionar o sinal. Durante os testes com o receptor foi encontrado o seguinte problema: ao ligar a lâmpada que melhora a iluminação do labirinto, ele ficou menos sensível. Como a lâmpada só ajuda na iluminação, a solução encontrada foi deixá -la desligada. 37

46 4..5 Placa de Barramento Foi necessária a implementação de uma placa de barramento para que os sensores analógicos, os sensores digitais e os atuadores pudessem compartilhar o barramento de dados. Além de facilitar a conexão entre as demais placas, devido a utilização do espaço interno do protótipo ser muito restrito. Portanto, ligações essenciais, em vez de cruzar o de lado a lado o protótipo, conectam-se com essa placa de conexões e dela, vão para seu real destino. O esquemático do circuito pode ser visualizado na Figura 7 e o seu layout, na Figura 8. GND_A CON VCC_A CON WR_A CON RD_A CON A4_A CON A5_A CON OE_A CON D0_A CON D_A CON D_A CON D3_A CON D4_A CON D5_A CON D6_A CON D7_A CON D0_C CON D_C CON D_C CON D3_C CON D4_C CON D5_C CON D6_C CON D7_C CON I0_A CON I_A CON I_A CON I3_A CON I4_A CON I5_A CON I6_A CON I7_A CON J0 CON J CON J CON J3 CON GND_B CON GND_C CON VCC_B CON WR_B CON RD_B CON A4_B CON A5_B CON OE_B CON VCC_C CON BRN_GND CON D0_B CON D_B CON D_B CON D3_B CON D4_B CON D5_B CON D6_B CON D7_B CON Figura 7 - Esquemático do circuito das Inter-conexões de Placas 38

47 Figura 8 - Layout da placa da Placa de Barramento Lista de Componentes Conectores: Barra de conectores fêmea para pinos de conexões; 5x Borne KRE vias Comentários Como a placa de conversão A/D não pode ter seus KRE s fixados, foi implementada nessa placa o circuito dos KRE s. 39

48 4..6 Sensor de Luminosidade e Temperatura Essa placa foi criada para poder testar o mecanismo de leitura / conversão e acionamento dos sensores analógicos. Foi implementado um sensor de temperatura e um de luminosidade, pois eles podem ser úteis no experimento do projeto. Figura 9 - Layout da placa de Sensores de Luminosidade e Temperatura Lista de Componentes Circuitos Integrados: U4 amplificador operacional TL084; Resistores: R - KO; R 0 KO; R3 4K7 O. Soquetes: Soquete 4 pinos para amplificador operacional TL084; 40

49 Conectores: Barra de conectores fêmea para pinos de conexões. x Borne KRE vias. Conectores: Barra de conectores fêmea para pinos de conexões; 5x Borne KRE vias Comentários A elaboração dessa placa foi simples, pois esse circuito já havia sido implementado em outras disciplinas do curso. 4

50 4. Software 4.. Linguagem C++ Composta de duas partes, da parte de configuração do sistema gerenciador do bando de dados e da implementação das classes propriamente dita Configuração Para poder rodar o programa do sistema, inicialmente houve a necessidade de configurar o banco de dados do Paradox no ODBC do Windows. Para isso foi utilizado o SQL Explorer do Borland Builder. Nele, foram incluídas as tabelas especificadas no capítulo Implementação Para o desenvolvimento do software desse projeto, foi necessária a criação das seguintes classes: classe controladora, classe de comunicação serial, classe de processamento de imagens, classe de configuração dos sensores analógicos, classe de comunicação com a web câmera, classe de acesso a tabela de experimentos e a classe de acesso a tabela de pontos Classe Controladora Essa classe é a classe intermediária entre os formulários e as demais classes. Os formulários são responsáveis por mostrar e receber valores ao usuário, a classe controladora envia os dados para as demais classes e passa os resultados delas para os formulários. Nunca um formulário comunica-se com uma classe que seja diferente da classe controladora e de outros formulários. 4

51 4... Classe de Comunicação Serial Como o sistema se comunica pela serial com o microcontrolador, a criação dessa classe foi necessária. O método de recebimento de dados foi implementado para poder fazer testes, apesar dele não ser utilizado pelo sistema, pois o programa apenas envia valores para o microcontrolador, nunca recebendo valores dele Classe de Processamento de Imagens É nessa classe que as imagens obtidas pela câmera são processadas. Sua função de localizar ponto binariza as imagens em fundo e rato, divide as imagens em uma matriz de 6 linhas por 6 colunas e marca o ponto onde tem mais pixels do tipo rato. Também possui as funções de salvar, abrir e excluir experimentos do banco de dados Classe de Configuração dos Sensores Analógicos Como o conversor Analógico / Digital utilizado no circuito dos sensores analógicos foi o ADC0808, os valores de limite inferior e superior dos sensores analógicos deveriam ser ajustados dentro dos 56 níveis possíveis de conversão do ADC, e é isto que essa classe faz, ajusta o nível de ativação dos sensores de acordo com seus limites inferior e superior e os envia pela serial Classe de Comunicação com a Web Câmera Essa classe utiliza macros do Windows para fazer a conexão com web-câmeras USB. Ela se conecta ao driver da câmera, mostra na tela as imagens aquisicionadas na câmera e salva em arquivos do tipo bitmap os quadros (frames) capturados. Foi a classe mais difícil de ser implementada, pois o uso dessas macros não é trivial. 43