UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL UNIJUÍ CARLOS MOISÉS TIEDE

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1 UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL UNIJUÍ CARLOS MOISÉS TIEDE ACIONAMENTO DE MÁQUINAS A PARTIR DE PORTA DE COMUNICAÇÃO DE COMPUTADORES PESSOAIS Santa Rosa (RS) 2016

2 CARLOS MOISÉS TIEDE ACIONAMENTO DE MÁQUINAS A PARTIR DE PORTA DE COMUNICAÇÃO DE COMPUTADORES PESSOAIS Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: Prof. Me Mauro Fonseca Rodrigues Santa Rosa (RS) 2016

3 AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço a Deus por ter me dado saúde e força para superar as dificuldades. Aos meus pais, Egon e Senilda que sempre estiveram me dando apoio, amor e suprindo com tudo aquilo que necessitava. A minha irmã Tatiana e minha sobrinha Leticia, que mesmo de longe sempre estiveram torcendo pelo meu sucesso e me incentivando. A minha namorada Tais que sempre esteve me ajudando, dando carinho, amor e incentivando nos momentos difíceis. A meu orientador por ter disponibilizado seu tempo, e por todo o conhecimento transmitido durante o processo deste trabalho. A esta universidade, seu corpo docente, que oportunizaram a conquista, através da troca de conhecimento. Aos meus colegas e amigos que fizeram parte do cotidiano das minhas atividades acadêmicas.

4 RESUMO TIEDE, Moisés. Carlos. Acionamento de máquinas a partir de porta de comunicação de computadores pessoais Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ, Santa Rosa, A tecnologia assistiva é a principal fonte de recursos para aqueles que dela dependem, no que diz respeito a acessibilidade e assistência, vem de maneira contributiva acelerar o processo de recuperação ou então servir muitas das vezes, de forma definitiva na vida das pessoas fazer parte do seu cotidiano através de equipamentos, acessórios e tratamentos para determinado tipo de problema. De forma direta, os recursos tecnológicos fazem parte desta rotina, cada vez mais vindo a otimizar processos ou procedimentos já existentes. Dessa forma, o desenvolvimento de um ambiente simulado, através de uma cabine sensorial, faz com que pacientes de uma clínica de recuperação dos sentidos, possa melhorar o seu desempenho, vindo a contribuir na rotina de pacientes e profissionais da área. A utilização das estações do ano para o ambiente de simulação, propõe todas as características as quais normalmente pode-se estar exposto todos os dias, porém de maneira que o tempo possa ser manipulado, fazendo com que em um pequeno intervalo de tempo, vários sentidos possam ser trabalhados. O modelo de equipamento proposto, não dispõe de algo similar conhecido até então, isso faz com que estudos de revisão teórica e bibliográfica sejam necessários, bem como a necessidade de criação de algo inédito. Este trabalho sendo parte de um grupo de pesquisa, contempla uma visão geral de todas as partes do projeto, sendo direcionada mais especificamente para o desenvolvimento de um dispositivo de interface de acionamento eletrônico que irá controlar a cabine com o uso de um computador pessoal obsoleto. Palavras-chave: instrumentação, tecnologia assistiva, eletrônica analógica, sistemas de acionamento.

5 ABSTRACT TIEDE, Moisés. Carlos. Machine activation from personal computer communication port Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ, Santa Rosa, Assistive technology is the main source of resources for those who depend on, with regard to accessibility and assistance, comes from contributory way accelerate the recovery process or serve often, definitively in the lives of people be a part of your everyday life through equipment. Directly, the technological resources are part of this routine, increasingly coming to optimize existing processes or procedures. In this way, the development of a simulated environment, through a sensory cabin, causes a recovery Clinic patients of the senses, can improve its performance, been contributing in patients and professionals in the area. The use of the seasons of the year for the simulation environment, proposes all the characteristics, which can normally be exposed every day, but so that the time can be manipulated, making in a small time interval, various senses can be worked. The proposed equipment model does not have something similar known so far, this makes theoretical and review literature studies are necessary, as well as the need of creating something. This work as part of a research group includes an overview of all the parts of the project, being directed more specifically to the development of an electronic drive interface device that will control the cabin with the use of a personal computer obsolete. Keywords: Instrumentation, assistive technology, analog electronics, drive systems.

6 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Pinagem Porta Paralela DB Figura 2 - Procedimento de Condicionamento de Sinais Figura 3 - Comparador Figura 4 - Estrutura Optoisolador Figura 5 - Estrutura cabine sensorial Figura 6 - Estrutura lateral cabine sensorial Figura 7 - Partes de um Ar-Condicionado Figura 8 - Tabela para escolha ar condicionado Figura 9 - Ar condicionado portátil AIR Figura 10 - Estrutura do aquecedor Figura 11 - Estrutura do cooler Figura 12 - Estrutura do aromatizador Figura 13 - Estrutura do sistema de áudio Figura 14 - Distribuição do sistema completo de acionamento Figura 15 - Divisão do circuito principal Figura 16 - Estrutura do circuito de acionamento Figura 17 - LEDs de sinalização de sinal de entrada e terminal DB Figura 18 - Disposição dos optoisoladores na interface Figura 19 - Acionamento do transistor Figura 20 - Saturação da base BC Figura 21 - Estrutura relé de acionamento Figura 22 - Estrutura relés na PCB Figura 23 - Diagrama conexões do sensor de temperatura Figura 24- Sensor LM35dz, diagrama de conexões Figura 25 - Estrutura LM Figura 26 - Diagrama de blocos com os estágios de uma fonte de tensão Figura 27 - Fonte de alimentação Figura 28 - Falha no processo de termo transferência... 57

7 Figura 29 Dados causados ao material da placa Figura 30 - Transferência do circuito para a PCB Figura 31 - Circuito em teste pela porta paralela Figura 32 - Acionamento do relé... 60

8 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Configuração porta paralela Tabela 2 - Dados técnicos portátil Tabela 3 - Dados técnicos aquecedor Tabela 4 - Velocidade do som em relação ao meio de propagação Tabela 5 - Dados técnicos sistema Tabela 6 - Potência do conjunto de áudio Tabela 7 - Especificação de entradas e saídas Tabela 8 - Dados obtidos com acionamento do circuito da interface... 60

9 LISTA DE SIGLAS A- Ampére ACT- Acordo coletivo de trabalho AMPOP- Amplificador operacional CNC- Computer Numeric Control- Controle numérico computadorizado GND Ground -Terra LED- Light Emitting Diode - Diodo Emissor de Luz IB- Corrente de Base Isat- Corrente de Saturação NA- Normalmente Aberto NF- Normalmente Fechado PCB- Printed circuit board - placa de circuito impresso. RMS- Root Medium Square - Raiz Média Quadrada V- Volts VCC- Tensão em corrente contínua VREF- Tensão de referência VS - Voltage Source Tensão da Fonte W - Watt

10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Tema Delimitação do tema Objetivos Objetivo Geral Objetivos Específicos Justificativa METODOLOGIA REFERENCIAL TEÓRICO Cabine sensorial Tecnologia assistiva Tecnologia assistiva no Brasil Computadores pessoais obsoletos Porta de Comunicação Paralela Tratamento de sinais Aquisição de sinais Condicionamento de sinais Dispositivos eletrônicos Amplificador Operacional Amplificador Operacional Comparador Transistor Relé de Acionamento Optoisoladores Características da Cabine... 28

11 3.1 Estudo das Cargas Sistema de Refrigeração Sistema de Aquecimento Coolers A e B Dispensers aromatizantes automáticos a e b Modulo extra 1 e Sistemas independentes a interface O sistema de vídeo O sistema de áudio DIAGRAMA E CONEXõES Interface de acionamento principal Entrada da porta de Comunicação Resistor limitador de corrente para LED de entrada e optoisolador Led indicação de sinal da entrada Optoisolador Resistor limitador de corrente para base de transistor de chaveamento Transistor de chaveamento Relé de acionamento Diodo roda livre Led indicação de sinal da saída Conector acoplamento de carga Controle de temperatura AMPOP Comparador Fonte de alimentação RESULTADOS E DISCUSSõES... 57

12 6 CONCLUSÂO Proposta para futuros projetos Referências Bibliográficas... 63

13 13 1 INTRODUÇÃO A automação de procedimentos através de dispositivos eletrônicos vem de forma colaborativa desempenhar importante papel no que diz respeito a sistemas eletrônicos. Um procedimento melhor elaborado pode fazer com que se obtenha resultados mais satisfatórios, ou até mesmo procedimentos que antes não poderiam ser executados sem este tipo de melhoria. É de direito de todos a acessibilidade a toda e qualquer tipo de tarefa, desta forma, a tecnologia assistiva contribui para esse tipo de inclusão. A tecnologia assistiva é também definida como uma ampla gama de equipamentos, serviços, estratégias e práticas concebidas e aplicadas para minorar os problemas encontrados pelos indivíduos com deficiências (Albert M.Cook, 2008). O tratamento de pessoas que sofreram algum tipo de lesão e dependem das clinicas de reabilitação como no caso a UNIR (Unidade de Reabilitação de Ijuí), servem como auxilio na tentativa de minimizar os efeitos de tais problemas. Estes procedimentos na busca pelo aperfeiçoamento dos tratamentos não dispõem de equipamentos específicos necessário para realizar uma melhor optimização nos processos de recuperação, portanto muitos estudos e pesquisas não se pode obter dados necessário os quais seriam de suma importância, tanto para o paciente em tratamento, quanto para o profissional da área. Outro fator impactante é o alto investimento que se propõe para desenvolver sistemas para simples tarefas, principalmente quando se fala em um equipamento ainda não disponível no mercado. Desta maneira as clínicas de reabilitação continuam apenas com seus procedimentos padrões o que implica em uma estagnação no que se diz respeito a este tipo de tratamento a pacientes que dela necessitam. Desta forma este estudo torna-se relevante e extremamente importante, por contribuir com a aplicação do conhecimento e compreensão das dificuldades encontradas pelos profissionais que dependem de ferramentas as quais são de valores muito elevados, ou então como no caso da cabine sensorial não existe disponível para aquisição. Portanto, o estudo deste tipo de tecnologia não só põe a prova, mas instiga o

14 14 raciocínio a trazer novas forma de solução para as dificuldades e os desafios que a tecnologia assistiva traz para aqueles que buscam resolver seus problemas cotidianos. 1.1 Tema Acionamento de Máquinas a Partir de Porta de Comunicação de Computadores Pessoais. 1.2 Delimitação do tema Projeto de uma interface para acionamento de equipamentos a partir de computadores pessoais obsoletos. 1.3 Objetivos Objetivo Geral Projetar e testar uma interface para acionamento de equipamentos eletroeletrônicos a partir de um computador pessoal obsoleto, controlado por programa dedicado, realizado em linguagem C, para servir de controle em cabine sensorial no tratamento de pessoas em clínica de reabilitação Objetivos Específicos Realizar uma fundamentação teórica acerca dos equipamentos acionados por computadores pessoais aplicados à tecnologia assistiva; Estudar os computadores pessoais obsoletos (anteriores a 2010) e suas portas de comunicação; pessoais; Estudar a interface de comunicação da porta paralela em computadores

15 15 Realizar acionamentos externos a partir dos sinais provenientes de computador pessoal; Projetar um sistema para acionamento de equipamentos que controlarão uma cabine sensorial voltada para reabilitação de pacientes em recuperação dos sentidos. 1.4 Justificativa A tecnologia assistiva em uma visão geral propõe a inclusão das pessoas com determinadas limitações em seu cotidiano, através disso o desenvolvimento de equipamentos que venham a facilitar a inclusão de pessoas que dependem deste tipo de acessibilidade vem de forma a contribuir com a sociedade de um modo geral. Tendo em vista que muitos dos equipamentos presentes hoje em dia no meio da própria tecnologia assistiva já detém algum tipo de dispositivos para maximizar determinadas tecnologias, ainda se fazem caros tantos os investimentos nesta área assim como os próprios dispositivos disponíveis. Desta forma, o uso de um equipamento obsoleto, no qual suas configurações ainda se encaixam na adequação de um projeto envolvendo esta área, se faz de grande utilidade na própria relação direta do investimento a ser feito. Os computadores pessoais anteriores a 2010, por si, já em sua grande maioria, não se encaixam nos perfis dos usuários recentes, que buscam cada vez mais, maquinas mais potentes de maior desempenho e de melhores recursos, isso tudo devido à continua mudança e grande aceleração no desenvolvimento deste tipo de tecnologia nos dias atuais. Computadores pessoais podem representar um grande problema devido a obsolescência que os atinge cada vez com maior velocidade. Porém, isso não significa que seus recursos não possam ser utilizados quando se tem o correto e normal funcionamento do sistema. O que muitas vezes poderia ser um lixo eletrônico, ainda pode desenvolver um papel satisfatório em meio a um projeto. No caso da cabine sensorial através da porta de comunicação paralela, pode-se controlar uma placa de controle a

16 16 qual faz de fora satisfatória o proposto no projeto, sendo desnecessário o uso de dispositivos substitutivos, como por exemplo, os microcontroladores. Através de controle, o computador irá servir de base no funcionamento do sistema, através dele serão realizados os comandos de acordo com cada funcionalidade proposta. A cabine sensorial irá simular as 4 estações do ano, sendo elas: verão, primavera, outono e inverno, fazendo com que o paciente que nela esteja tenha a percepção dos sentidos através do acionamento dos equipamentos. Irá dispor de simulações como temperatura de acordo com a estação, calor e frio, simulação de vento através de dispositivos coolers, também de cheiro especifico através de odorizadores, acionamento de sistema para mãos onde irá somente poder colocar a mão de acordo com a estação do ano. Portanto, o estudo do tema proposto irá contribuir de forma significativa nos estudos e pesquisas relacionadas ao equipamento sensorial, vem de forma direta servir de auxílio para profissionais que dispõe de estudos na área assistiva. O equipamento através da sua viabilidade de automatização irá auxiliar na tarefa executada, como também em uma melhor execução de pesquisa e tratamento, as quais hoje não podem ser feitos devido a inexistência de algo similar no mercado. 1.5 METODOLOGIA Os métodos de abordagem através dos processos da metodologia cientifica, será desenvolvida uma cabine sensorial, o qual ainda não existe base referente, apenas conceitos da área de pesquisa. Através das revisões bibliográficas e da fundamentação teórica projeta-se realizar como processo final o desenvolvimento na prática do referido trabalho. Com intenção de atingir os objetivos deste Trabalho de Conclusão de Curso, o estudo consistirá numa ampla pesquisa bibliográfica, utilizando material disponível em biblioteca, envolvendo livros, normas, artigos, trabalhos de conclusão de curso, e material retirado da internet.

17 17 Para Minayo (2003), a metodologia pode ser definida como o conjunto de técnicas que possibilitam a construção da realidade, incluindo as concepções teóricas, caminho do pensamento e prática exercida na abordagem. Ainda a autora afirma que a metodologia é o caminho do pensamento e a prática exercida na abordagem da realidade (MINAYO, p. 16). Sobre conceitos que definem a pesquisa, nos campos do conhecimento humano, são inúmeros. Gil (2008) define como sendo: [...] o procedimento racional e sistemático que tem como objetivo proporcionar respostas aos problemas que são propostos. A pesquisa é requerida quando não se dispõe de informações suficientes para responder ao problema, ou então quando a informação disponível se encontra em tal estado de desordem que não possa ser adequadamente relacionada ao problema (pg 17). Selltiz et al. (1965) apud Marconi e Lakatos (2008), afirmam que a finalidade da pesquisa é descobrir respostas para a questão, mediante aplicação de métodos científicos.

18 18 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 Cabine sensorial A cabine sensorial consiste em um equipamento que é responsável pelo auxilio no tratamento de pessoas em reabilitação dos sentidos. Tem como objetivo o tratamento através da simulação das 4 estações do ano, sendo elas: Inverno, primavera, verão e outono. Através do controle de um computador pessoal obsoleto e a porta de comunicação paralela ira aliada a programação em C fazer os acionamentos da placa de controle, que ficará responsável pelo controle dos dispositivos de simulação, como coolers, temperatura, odorizadores. Enquanto o paciente em tratamento estiver dentro da cabine, um vídeo determinado pela área especifica da clínica irá ser reproduzido. O paciente terá então a sensação da passagem das estações e o profissional poderá avaliar suas reações. 2.2 Tecnologia assistiva O termo Tecnologia Assistiva é um termo a qual se utiliza para identificar os recursos e serviços que venham a contribuir, proporcionar ou ampliar as habilidades funcionais de pessoas com algum tipo de deficiência, incapacidade ou mobilidade reduzida. É também definida como uma ampla gama de equipamentos, serviços, estratégias e práticas concebidas e aplicadas para minorar os problemas encontrados pelos indivíduos com deficiências (Albert M.Cook, 2008). Um dos seus principais objetivos é fazer com que pessoas que possuem algum tipo de dificuldade devido a sua deficiência, possam obter através de desenvolvimentos obtidos no estudo destas tecnologias, uma vida mais independente (Carolina R. Schirmer, 2007). Os projetos desenvolvidos na área de tecnologia assistiva dependem significativamente da integração das áreas do conhecimento, a engenharia elétrica em sua área de atuação contribui de forma significativa neste processo, já que dispõe de recursos que podem agregar em projetos dos mais variados tipos, e no auxilio dos objetivos comuns da área.

19 19 Vale destacar que o sucesso de qualquer projeto, ou prescrição ou utilização dos recursos da tecnologia assistiva dependem do objetivo último comum, que é a satisfação das necessidades do usuário com deficiência em toda as esferas da sua atuação comunitária, doméstica e pessoal (SEDH, 2009). 2.3 Tecnologia assistiva no Brasil No Brasil o termo Tecnologia Assistiva, foi criado em 1988, através da tradução do termo Assistive Technology, sendo um elemento jurídico dentro da legislação norteamericana conhecida como Public Law , renovado em 1988 como Assistive Technology Act de 1988 (P.L , S.2432), (Maria Lúcia Sartoretto, Assistiva Tecnologia e Educação, 2014). Após uma revisão nas literaturas existentes o CAT (Comitê de Ajudas Técnicas), propôs uma definição para a terminologia mais apropriada e sua contextualização para uma melhor definição para o contexto brasileiro, tendo como bases os então utilizados, Tecnologia Assistiva, Tecnologia de Apoio Ajudas Técnicas (SEDH, 2009). Portanto, não se tem um consenso internacional único para o termo utilizado a tecnologia assistiva, uma mesma terminologia pode ser apresentada em diferentes documentos existentes, assim como conceitos de ampla abrangência na área. O CAT foi instituído como objetivos principais de apresentar propostas de políticas governamentais e parcerias entre a sociedade civil e órgãos públicos referentes à área de tecnologia assistiva, estruturar as diretrizes da área de conhecimento, realizar levantamento dos recursos humanos que atualmente trabalham com o tema, detectar os centros regionais de referência, objetivando a formação de rede nacional integrada, estimular nas esferas federal, estadual, municipal na criação de centros de referência, propor a criação de cursos na área de tecnologia assistiva, bem como o desenvolvimento de outras ações com o objetivo de formar recursos humanos qualificados e propor a elaboração de estudos e pesquisas, relacionados com o tema da tecnologia assistiva. (SEDH, 2009).

20 Computadores pessoais obsoletos Os Equipamentos Eletroeletrônicos são aqueles cujo adequado funcionamento depende de correntes elétricas ou campos eletromagnéticos, bem como os equipamentos utilizados para geração, transferência e medição dessas correntes e campos, concebidos para utilização com uma tensão nominal não superior a 1000 V para corrente alternada e 1500 V para corrente continua (Diretiva Europeia, 2003). O rápido desenvolvimento tecnológico e a busca cada vez mais acelerada por equipamentos de melhor desempenho e que venham a satisfazer as necessidades de seu público alvo, fazem com que ocorra em contrapartida, muitas vezes de forma prematura, uma rápida obsolência deste tipo de tecnologia. Diz se prematuramente, devido aos mesmos, por muitas vezes, ainda obterem recursos que poderiam ser utilizados e facilmente ainda estariam executando tarefas as quais foram projetados. Resíduos sólidos são resíduos nos estados sólidos e semi-sólidos, que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, comercial, ou de serviço. Incluem-se nesta classificação determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou em corpos de água, pois exigem soluções técnicas (Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2004). Baseando-se na a partir desta Norma os computadores pessoais, devido conter componentes com elementos tóxicos, que pode contaminar os resíduos provenientes de computadores podem ser considerados como resíduos perigosos de Classe I. Também de acordo com a Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial, os resíduos de equipamentos Eletroeletrônicos podem ser divididos em quatro categorias amplas: (Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2004): i) Linha branca: refrigeradores e congeladores, fogões, lavadoras de roupa e louça, secadoras, condicionadores de ar; ii) Linha marrom: monitores e televisores de tubo, plasma, LCD e LED, aparelhos de DVD e VHS, equipamentos de áudio, filmadoras;

21 21 iii) Linha azul: batedeiras, liquidificadores, ferros elétricos, furadeiras, secadores de cabelo, espremedores de frutas, aspiradores de pó, cafeteiras; iv) Linha verde: computadores desktop e laptops, acessórios de informática, tablets e telefones celulares Porta de Comunicação Paralela A porta de comunicação paralela, por muito tempo serviu de conectividade para computadores e dispositivos que necessitavam de uma interligação direta de comunicação via cabo entre os computadores e seus periféricos. Sendo ela responsável por uma comunicação a qual atendia aos requisitos para a época do seu uso, porém com certas limitações, que fizeram que fosse substituída por novas tecnologias de comunicação, como por exemplo, a comunicação serial e mais atualmente a USB. A própria evolução de dispositivos e equipamentos, dentre eles os computadores pessoais, obtiveram a necessidade de uma comunicação com características diferenciadas, maiores distâncias de comunicação entre dispositivos e maiores velocidades de trocas de dados fizeram com que a porta de comunicação paralela fosse extinguida dos computadores atuais. Porém, deve se destacar que para o atual projeto, a porta de comunicação paralela, desenvolve de forma satisfatória as necessidades para comunicação entre a placa de controle e o computador pessoal Características da Porta de Comunicação Paralela A porta de comunicação paralela basicamente em seu funcionamento apresenta um conector do tipo D, composto de 25 vias, os referentes pinos são controlados por três estados de memória, geralmente denominados com os nomes de Data, Status e Control (dados, estado e controle, respectivamente). A configuração dos pinos e configurações da porta paralela estão dispostos na tabela 1.

22 22 Tabela 1 - Configuração porta paralela Pino Nomenclatura Direção Portas 1 /Strobe Saída C0 (invertido) 2 Data 0 Saída D0 3 Data 1 Saída D1 4 Data 2 Saída D2 5 Data 3 Saída D3 6 Data 4 Saída D4 7 Data 5 Saída D Data 6 Data 7 ACK Busy Paper Empty Select /Auto Feed /Error Initialize /Select imput Terra Saída Saída Entrada Entrada Entrada Entrada Saída Entrada Saída Saída D6 D7 S6 S7 (invertido) S5 S4 C1 (invertido) S3 (não utilizado) C2 C3 (invertido) Fonte: Características da porta paralela e sua utilização em interfaces (Marins,2001) O funcionamento da porta paralela basicamente consiste na troca binária de informações (zeros e uns), no qual é refletida diretamente nos pinos correspondentes através de valores de tensão, sendo 0 Volts correspondentes aos 0 em valor binário (nível lógico baixo), e +5 Volts correspondentes aos valores 1 em binário (nível lógico alto). A disposição da pinagem para ligação da porta de comunicação paralela DB-25 devem ser consideradas de acordo com a Figura 1.

23 23 Figura 1 - Pinagem Porta Paralela DB-25 Fonte: (Controle de Dispositivos externos através de porta paralela, Cavalcanti) 2.2 Tratamento de sinais Aquisição de sinais Consiste no procedimento de adquirir um determinado sinal proveniente de algum equipamento em especifico, uma correta leitura deve ser feita de forma impreterível, já que uma leitura incorreta pode ocasionar em resultados totalmente distorcidos e diferentes do esperado. (Bolton, 2010) Condicionamento de sinais Geralmente após a aquisição do sinal, um sistema necessita do condicionamento do mesmo, ou seja, sinais muito pequenos, podem acabar necessitando de um amplificador para que possa ser lidos com maior clareza, podem também conter interferências as quais se não removidas implicariam em uma leitura errada do sinal, pode ser um sinal não linear e necessitar da sua linearização, pode ser analógico e necessitar ser convertido para digital, da mesma forma que ao ser digital necessitam-se de valores analógicos, ainda variações de resistência terem de ser transformados para a leitura de corrente, entre tantos outros casos. Todas essas transformações necessárias para a adequação ao tipo de sinal e a sua correta leitura de acordo com cada projeto em especifico pode ser denominado como condicionamento de sinais (Bolton, 2010). A

24 24 Figura 2 mostra um resumo dos principais procedimentos em relação ao condicionamento de sinais. Figura 2 - Procedimento de Condicionamento de Sinais Proteção Obtenção Sinal Tratamento Nível do Sinal Redução ou Eliminação Ruídos Manipulação do Sinal FONTE: (Bolton, 2010) 2.3 Dispositivos eletrônicos Amplificador Operacional Um amplificador pode ser considerado essencialmente um sistema que tem uma entrada e uma saída, e seu ganho de tensão é a razão entre as tensões de saída e entrada quando elas são medidas em relação ao terra (GND) (Bolton, 2010). Muitos módulos condicionadores utilizam os amplificadores operacionais como base de sua estrutura. Um modelo ideal para um amplificador apresenta um ganho infinito, impedância de saída zero, independente da carga e impedância de entrada infinita (Bolton, 2010) Amplificador Operacional Comparador Na configuração comparadora o amplificador operacional aceita como entrada tensões lineares e fornece na saída sinal digital, fazendo a comparação para indicar quando uma das suas entradas é maior ou menor que a outra. Tendo na saída um sinal digital que se mantém em um nível alto de tensão quando a entrada não inversora (+) é maior que o da entrada inversora (-), fazendo com que ocorra o chaveamento para um nível baixo de tensão caso o contrário ocorra. Portanto, o amplificador operacional na configuração comparador pode ser utilizado em um circuito no qual em conjunto com um sensor de temperatura, faz a alteração de valores de tensão nas suas portas de entrada determinando através de seus

25 25 níveis de saturação o estado de nível lógico de saída. A Figura 3 mostra os níveis de saturação para o amplificador operacional comparador. Figura 3 - Comparador Fonte: (Bolton, 2010) Transistor Dispositivo criado em 1951, por Willian Schockley, o transistor de junção é um semicondutor que permitiu uma considerável mudança nas tecnologias que até então dependiam de válvulas eletrônicas para seu acionamento. Não que as válvulas não executassem a sua função de maneira satisfatória, pelo contrário, ainda hoje em dia, equipamentos como amplificadores por exemplo, ainda utilizam válvulas em seu funcionamento, em sistemas de áudio conseguem manter uma fidelidade muito grande no que diz respeito a qualidade, porém devido a seus tamanhos considerados grandes em circuito com elevado número de componentes, o uso de transistores permitiu que reduzissem seu tamanho de forma estrondosa, e o que antes parecia ser um número impossível de componentes em um circuito se reduzirem a um circuito muito menor, como exemplo os circuitos integrados (Robert L. Boylestad, 2005). O princípio do transistor é também poder controlar a corrente. Ele é montado numa estrutura de cristais semicondutores, de modo a formar duas camadas de cristais do mesmo tipo intercaladas por uma camada de cristal do tipo oposto, que controla a passagem de corrente entre outras duas. Cada camada tem sua função e recebem os nomes específicos de acordo com sua função na operação do transistor sendo elas, a

26 26 camada central chamada de base e as extremidades denominadas emissor e coletor (Angelo Eduardo B Marques, 2008) Relé de Acionamento Os relés de acionamentos são dispositivos compostos de solenoides que ao circular a corrente elétrica trocam o estado de seus contatos de saída, enviando o sinal de entrada diretamente para a saída, é disposto de duas configurações de contatos NF (normalmente fechado) e NA (normalmente aberto), muito utilizados para acionamento na área de automação Optoisoladores Os optoisoladores são componentes muito utilizados para isolamento de circuitos eletrônicos, consistem em uma cápsula composta de um LED infravermelho e um fotodetector, com um diodo de silício, um par de transistores em configuração Darlington, ou um SCR (Retificador Controlado de Silício) (Robert L. Boylestad, 2005). Cada dispositivo deve ter suas características associadas a um mesmo comprimento de onda de luz para que o acoplamento seja o melhor possível. Permitem a transmissão de dados na faixa de megahertz devido a serem projetados com tempos de resposta muito pequenos (Robert L. Boylestad, 2005).

27 27 Figura 4 - Estrutura Optoisolador Fonte: Photodarlington Photocoupler TIL 113 (Everlight Datasheet)

28 28 3 CARACTERÍSTICAS DA CABINE A principal característica da cabine é fazer com que o tratamento de pessoas com problemas de perda na memória sensorial, obtenham uma maneira de realizar seu tratamento através de um ambiente de simulação. A estrutura da cabine é mostrada na Figura 5. Figura 5 - Estrutura cabine sensorial Fonte: (Projeto rompendo barreiras Unijuí) O funcionamento da cabine sensorial, portanto, é baseado em um ambiente de simulação na qual o paciente tem a possibilidade de testar suas memórias sensoriais com o auxílio da tecnologia empregada e de um profissional de fisioterapia. As simulações são baseadas nos sentidos e nas quatro estações do ano, representadas por suas características especificas e cada sentido de acordo com suas necessidades. A interface tem um sistema de acionamento, onde os equipamentos característicos para cada estação, são acionados por tempo especifico para o tratamento, sendo que ao final do mesmo as alterações feitas para cada paciente podem ser salvas e continuadas de acordo com seu perfil de tratamento.

29 29 As quatro estações do ano, verão, inverno, primavera e outono, são representadas pelos circuitos de simulação através de equipamentos que tem as características equivalentes as sensações reais dispostas no ambiente real, fazendo com que a percepção seja a mais parecida possível daquilo que vivenciam no seu cotidiano. Alguns destes equipamentos são usados no dia a dia, quando se liga o ar condicionado por exemplo, para que o ar refrigerado pelo equipamento resfrie o ambiente, o aquecedor para que aqueça em dias frios, o uso de aromatizadores que se tenha um cheiro característico, o ventilador para que o vento amenize a sensação de calor, um arquivo de música que lembre algo ou algum momento. Portanto, rodeados de ambiente simulados casas, carros, e cada vez mais com a disponibilidade de recursos tecnológicos novos, ou seja, vive-se em ambientes simulados sem nem perceber, a maior prova disso é quando liga-se uma lâmpada, para obter a luminosidade os quais recursos naturais não seriam suficientes. O ambiente simulado para o tratamento de pessoas com problemas de memória sensorial, tem como principal vantagem a manipulação das simulações de acordo com as exigências de cada tratamento, outro fator importante que a cabine sensorial proporciona é a passagem por todas as estações do ano em um período reduzido de tempo, ou seja, a manipulação direta do tempo em relação aos sentidos. Sabe-se que as estações possuem suas bruscas variações de forma repentina e sem controle, sendo que no ambiente simulado, pode-se especificar um limiar de operação, tendo um controle maior daquilo que é esperado e realmente importante para o tratamento. Outra característica importante na estrutura da cabine sensorial é seu tamanho compacto, sua estrutura é projetada para além da distribuição dos equipamentos, ter a capacidade de comportar duas pessoas em seu ambiente interno, isso devido a necessidade de o paciente em tratamento ter o profissional acompanhando a atividade. A Figura 6 mostra a visão lateral da cabine sensorial.

30 30 Figura 6 - Estrutura lateral cabine sensorial Fonte: (Projeto rompendo barreiras Unijuí) 3.1 Estudo das Cargas Como em um primeiro momento nem todas as variáveis que representam de forma ideal cada estação pode ser simulada, optou-se pelas principais ou mais perceptíveis e importantes para os procedimentos que envolvem o tratamento. Conforme citado neste trabalho, a grande disponibilidade de recursos e equipamentos usados no dia-a-dia, que possuem características similares as sensações necessárias para o sistema, vem de forma colaborativa serem estudadas e implementadas conforme andamento do projeto.

31 Sistema de Refrigeração Hoje em dia com as necessidades cada vez maiores pelo bem-estar e conforto utilizam-se maneiras cada vez mais frequentes de sistemas de refrigeração em ambientes, não ficando apenas restrito a geladeiras e equipamentos similares, é comum notarmos sistemas instalados em carros, ônibus casas, prédios etc. A climatização é entendida como o processo que permite purificar/filtrar o ar e condicioná-lo a temperaturas e humidades de conforto. Assim, climatizar um determinado meio ambiente consiste em controlar as condições do local estabelecido, de acordo com as necessidades de conforto de cada indivíduo (LIMA, 2013 apud Carvalho, 2013). Os princípios que envolvem o ciclo de refrigeração típica, são baseados nos princípios da termodinâmica. Um compressor recebe um fluido (fluido refrigerante), que é comprimido, conduzido até a serpentina de um condensador, realiza a troca de calor com o sistema do condensador a uma pressão elevada, se condensa parcialmente na fase líquida, expande-se ao passar pelo tubo capilar isso faz com que devido a essa expansão o fluido resfrie consideravelmente a uma taxa controlada pela válvula de expansão. Como o resfriamento do fluido obtém uma temperatura mais baixa em relação a chamada vizinhança da troca de temperatura, faz com que o ambiente fique refrigerado. Para uma modelagem física de um sistema de refrigeração, as leis da física que descrevem o comportamento desse tipo de sistema devem ser levadas em conta, princípios como a conservação de energia, conservação da massa e quantidade de movimento são importantes no equacionamento. Os componentes de um sistema de refrigeração devem ser modelados individualmente e integrados em um único sistema posteriormente, pois cada um tem suas particularidades quanto ao seu funcionamento e sua interação com o circuito. De acordo com Young e Freedman (2014), os equipamentos de refrigeração comuns apresentam o seu funcionamento basicamente através dos seguintes elementos: Compressor; Válvula de expansão;

32 32 Condensador; Evaporador; Ventiladores; Unidade de controle. As partes principais da estrutura de um ar-condicionado podem ser vistos na Figura 7. Figura 7 - Partes de um Ar-Condicionado Fonte: (HowStuffworks.com) Mesmo tendo vários tipos de máquinas para seu funcionamento, e sua vasta aplicação nos mais variados circuitos, basicamente os sistemas de climatização de ambientes apresentam princípios parecidos, sendo a diferença de um climatizador em relação a um refrigerador por exemplo, é de que o ambiente que ocorre tudo isso é o próprio ambiente interno que está instalado o climatizador. Existem várias fórmulas para se calcular as trocas de temperatura entre sistemas, conforme citado a termodinâmica é uma das principais referências no que diz respeito ao assunto. Para tanto, um cálculo mais específico do sistema de refrigeração específico da cabine envolveria uma modelagem do sistema, testes e isso exigiria um tempo muito elevado para a execução do projeto como um todo, sendo que esses dados deveriam ser obtidos para o modelo complexo:

33 33 Quantidade de pessoas no ambiente; Diferença de temperatura em cada dia de uso; Equipamentos com emissão de calor no ambiente; Localização do equipamento em relação a fontes externas de calor; Tipo de material da estrutura da cabine e sua respectiva condutividade térmica. Portanto, como a ênfase deste trabalho não é o aprofundamento do assunto em refrigeração e a modelagem matemática do mesmo, a utilização do equipamento se ateve apenas a sua capacidade de atingir a temperatura desejada para o procedimento. O sistema de resfriamento da cabine sensorial é realizado através de um ar condicionado portátil, sua escolha foi feita devido a estrutura física ser menor em relação a sistemas como climatizadores fixos. Conforme citado, como os itens específicos de modelagem para sistemas de climatização não foram considerados, o mesmo foi escolhido de acordo com a tabela de indicação do próprio fabricante, como mostra a Figura 8. Figura 8 - Tabela para escolha ar condicionado Fonte: (Manual do fabricante - Ar condicionado portátil AIR 600, 2016)

34 34 Alguns dos fatores de eficiência do equipamento são representados de acordo com testes realizados pelos próprios fabricantes em seus laboratórios. Sua indicação é representada de acordo com as medidas do ambiente e alguns dos fatores já são calculados em seus simuladores, como região do país em que o equipamento será utilizado, local de instalação ( sala, cozinha, quarto, escritório), número de equipamentos eletrônicos próximos, que podem dissipar calor, número de pessoas no ambiente, tipo de cobertura do ambiente ( laje ou telhado, apartamento) e até mesmo a quantidade de tempo ( manhã, tarde ou dia todo), que o sol tem influência na temperatura do ambiente. A Figura 9 mostra o modelo do ar condicionado escolhido para ser implementado no projeto. Figura 9 - Ar condicionado portátil AIR 600 Fonte: (Próprio Autor,2016) Como o item de escolha também envolvia a disponibilidade do produto referente aos valores orçados para a compra do ar condicionado, o modelo que satisfez o proposto pelo projeto, no qual sua estrutura seja compacta para instalação na cabine e obter a capacidade mínima por m² sugerida pelos cálculos do fabricante, foi então optado pelo modelo MPT-10CR da Midea, cujas características estão expressas na Tabela 2.

35 35 Tabela 2 - Dados técnicos portátil Modelo Portátil AIR600 Potência Frio (Watt) 1170 W Fluído Refrigerante Tensão Frequência Capacidade de Refrigeração Vazão Máxima Disjuntor Frio (BTU/hora) Frio (Watt) (m³/h) R410A 220V 60 HZ BTU/h 3000 W 380 m³/h 10 A Fonte: (Próprio Autor,2016) Sistema de Aquecimento Os sistemas de aquecimento eletrônico são uma das alternativas para a elevação da temperatura em um determinado ambiente. É uma tecnologia de simples aplicação e muito usual, devido a aparelhos mais comuns apresentarem geralmente preços mais baratos. Seu calor é irradiado para o ambiente e sua potência varia de acordo com o local de sua utilização e a área da propagação de calor necessária. A informação da capacidade do aparelho em relação a área do ambiente em que é capaz de realizar o aquecimento é mensurada pelos fabricantes. Os aquecedores contam com sistemas similares o qual em seu princípio básico é a troca de calor com o ambiente, o que geralmente muda é o material que irá irradiar o calor para o ambiente, sendo utilizado como exemplo sistemas de aquecedores por resistência, aquecimento de óleo, cerâmica e aquecimento de halogênio oscilante. Para o projeto foi escolhido um aquecedor de halogênio, devido a seu baixo custo e sua capacidade de aquecimento, seus dados técnicos estão expressos na Tabela 3.

36 36 Tabela 3 - Dados técnicos aquecedor Modelo Tensão Tipo de Sistema Potência (W) Frequência Portátil 220 V Lâmpada de Halogêneo 800/1200 W 60 HZ Fonte: (Próprio Autor, 2016) Para pequenos ambientes os aquecedores de halogênio são uma ótima escolha. Muitos destes dispositivos já possuem algum tipo de segurança para que se evite acidentes como o toque indevido em áreas de calor ou o sobreaquecimento. A estrutura do aquecedor utilizado é mostrada na Figura 10. Figura 10 - Estrutura do aquecedor Fonte: (Próprio Autor, 2016)

37 Coolers A e B O sistema de coolers, contribuem para o projeto simulando os efeitos do vento, além desta sensação durante o procedimento, o sistema de coolers irá contribuir com a distribuição do sistema de aquecimento e refrigeração, formando uma corrente de ar dentro da cabine, fazendo com que a troca de temperatura no interior da mesma, aconteça mais rapidamente. A Figura 11 mostra a estrutura do cooler utilizado. Figura 11 - Estrutura do cooler Fonte: (Próprio Autor,2016) O projeto é composto por dois coolers que são distribuídos um ao lado direito do paciente e outro ao lado esquerdo na parte frontal da cabine. Foram utilizados coolers DC (Corrente Contínua) de 12 Volts, seu sistema de acionamento direto aliado com a sua estrutura robusta e silenciosa em relação a outros sistemas, o tornam ideal para este tipo de estrutura de projeto Dispensers aromatizantes automáticos a e b Os sistemas de aromatizantes automáticos estão cada vez mais presentes no mercado de artefatos para aromatização de ambientes, isso devido a comodidade que proporcionam com o seu acionamento da essência que possuem de forma eletrônica. Seu funcionamento é realizado de forma independente devido ao sistema de temporização que possuem, sua alimentação é geralmente composta por 2 pilhas de 1,5

38 38 Volts cada. O filtro com a essência pode ser trocado de maneira simples, dessa maneira facilitando sua reposição. A escolha deste sistema foi implementada no projeto por ter as características necessárias no que diz respeito a um sistema de simples acionamento e que consegue espalhar o cheiro característico de cada estação pelo ambiente, seu sistema de acionamento eletrônico pode ser implementado em conjunto com a interface de acionamento de forma simples e objetiva. A Figura 12 mostra a estrutura do aromatizador utilizado. Figura 12 - Estrutura do aromatizador FONTE: (Aromatic Plus, 2016) O sistema é composto por dois aromatizadores automáticos, sendo que sua distribuição é feita de forma onde um aromatizador fica do lado direito da cabine e o outro do lado esquerdo Modulo extra 1 e 2 A interface de acionamento irá contar com um sistema de dois módulos extras, ficando disponível para dois tipos de situação. Defeito em módulos principais: neste caso o módulo extra pode ser utilizado como modo de reparo imediato, sendo necessário alteração na programação até que o problema de hardware seja resolvido.

39 39 Inclusão de um novo sistema de acionamento: através dos módulos extras podese adicional qualquer dispositivo a interface, desde que estejam dentro dos parâmetros suportados pelas características dos dispositivos usados. 3.2 Sistemas independentes a interface O sistema de vídeo O sistema de vídeo da cabine sensorial é composto de um monitor de 15 polegadas, que será acionado através da placa de vídeo do computador. Portanto, a interface de acionamento não tem relação direta com o sistema, sendo acionado de forma isolada. A utilização da placa de vídeo juntamente com o sistema de reprodução de vídeo do computador, permitem com que se obtenha um ganho maior em relação ao projeto, já que a implementação de qualquer tipo de periférico para a interface de acionamento, teria que ser elaborado e envolveria gastos extras para o projeto O sistema de áudio De todas as ondas mecânicas da natureza, as mais importantes em no cotidiano são as ondas longitudinais que se propagam em um meio, em geral o ar, e que são chamadas de ondas sonoras. (YOUNG e FREEDMAN, 2014). A capacidade do ser humano na captação de determinadas ondas sonoras é impressionante, sendo até mesmo capaz de conseguir ter a percepção de ondas sonoras com intensidades muito baixas. Essa constante percepção está relacionada em várias atividades de seu cotidiano, vai desde a comunicação falada até mesmo em ruídos no ambiente em que está inserido. De acordo com Young e Freedmaan (2014, p.140), a definição geral para o termo som é o de uma onda longitudinal que se propaga em um meio. As ondas sonoras se distribuem de acordo com o meio de propagação a que estão inseridas, sendo que a velocidade de cada meio tem sua velocidade definida de acordo

40 40 com as características que possuem. A Tabela 4 mostra a velocidade de propagação no ar em diferentes temperaturas. Tabela 4 - Velocidade do som em relação ao meio de propagação Meio Ar (20º C) Ar (0º C) Velocidade (m/s) Fonte: (SERWAY e JOHN W. JEWETT, p 458) O deslocamento longitudinal de ondas sonoras, ocorrido através da oscilação de um diafragma de um alto falante por exemplo, pode ser descrito como um movimento harmônico simples, através de uma onda senoidal que se afasta do alto falante em direção ao seu meio de propagação. (SERWAY e JOHN W. JEWETT, 2008). A cabine sensorial conta com um sistema de áudio, o qual fica responsável pela reprodução das mídias sonoras. Para a implementação do projeto foi escolhido um sistema que conta com 6 caixas de som, sendo 5 para distribuição de sinais mais agudos e 1 dedicada os graves, conforme mostrado na Figura 13. A tabela 5 mostra os dados do sistema de áudio. Tabela 5 - Dados técnicos sistema Descrição Marca Tensão Potência de Crista Resposta de Frequência Sistema de áudio Logitech Bivolt ( V) 150 W 45 Hz ~ 20 khz 5.1 Fonte: (Adaptado manual fabricante Logitech,2016) O sistema de distribuição sonora é parte integrante de acionamento através da placa de áudio do computador pessoal, não tendo interação direta com a interface de acionamento da cabine. Essa característica presente nos computadores pessoais de

41 41 dispor de uma placa de áudio e de sistemas de reprodução de mídia, facilita o processo de implementação no projeto, já que a combinação de um sistema pronto, e de qualidade satisfatória, juntamente com uma fonte sonora o qual permite que vários tipos de mídias possam ser reproduzidas, agregam em qualidade e tempo de implementação do sistema de áudio. Figura 13 - Estrutura do sistema de áudio Fonte: (Adaptado manual fabricante Logitech, 2016) Conforme Figura 13, o sistema de áudio é composto por caixas de som distribuídas, sendo que a estrutura do conjunto conta com um amplificador que otimiza os efeitos sonoros dentro da cabine. Os valores referentes a potência estão expressos na Tabela 6. Tabela 6 - Potência do conjunto de áudio Distribuição Potência RMS (W) Frontal 2x8 W Traseiro 2x8 W Central 16 W Subwoofer 27 W Total 75 W Fonte: (Adaptado manual fabricante Logitech, 2016)

42 42 4 DIAGRAMAS E CONEXÕES O sistema principal da cabine sensorial é composto por conexões de duas entradas e oito saídas, sendo elas definidas de acordo com cada dispositivo. A Tabela 07, mostra a descrição de cada componente, juntamente com a ligação dos seus terminais. Tabela 7 - Especificação de entradas e saídas DB 25 Descrição Entrada/Saída Pino 02 Pino 03 Pino 04 Pino 05 Pino 06 Pino 07 Pino 08 Pino 09 Pino 10 Pino 11 Cooler A Cooler B Aromatizador A Aromatizador B Climatizador Aquecedor Modulo extra A Módulo extra B Sensor de temperatura Sensor de temperatura Saída Saída Saída Saída Saída Saída Saída Saída Entrada X Entrada Y Fonte - (Próprio Autor, 2016) O sistema completo de acionamento da cabine sensorial é composto de duas partes principais, sendo um deles diretamente ligado a interface de acionamento pelo módulo apresentado neste trabalho e outro tendo o seu controle estabelecido através do hardware e software do computador pessoal. A Figura 14 mostra a divisão do sistema completo, juntamente com o seu fluxo de entrada e saídas.

43 43 Figura 14 - Distribuição do sistema completo de acionamento Fonte: (Próprio Autor, 2016) A interface de acionamento principal da cabine sensorial foi dividida em três partes para melhor elaboração do projeto, essa divisão permite com que cada estrutura dos circuitos possa ser desenvolvida de maneira independente, para que no final complementem o projeto em um todo. Portanto as três partes da interface são: Interface de Acionamento principal; Controle de Temperatura; Fonte de Alimentação. A Figura 15, mostra o diagrama de conexões, e as respectivas divisões do circuito.

44 Figura 15 - Divisão do circuito principal 44 Fonte: (Próprio Autor, 2016) 4.1 Interface de acionamento principal A interface de acionamento principal é composta por um circuito de controle, que se comunica com o computador pessoal através da porta de comunicação paralela, esse tipo de comunicação foi utilizada devido aos computadores pessoais anteriores a 2010 dispor deste tipo de porta de comunicação e suas características atenderem os requisitos mínimos necessários para a comunicação com o sistema de acionamento. A figura 16 mostra a estrutura do circuito de acionamento, o qual é composta por: Entrada da porta de Comunicação; Resistor limitador de corrente para Led de entrada e optoisolador; Led indicação de sinal da entrada; Optoisolador; Resistor limitador de corrente para base de transistor de chaveamento; Transistor de chaveamento; Relé de acionamento; Diodo roda livre; Led indicação de sinal da saída; Conector acoplamento de carga.

45 45 Figura 16 - Estrutura do circuito de acionamento Fonte: (Próprio Autor, 2016) Entrada da porta de Comunicação A entrada da porta de comunicação, envia o sinal em nível lógico alto e baixo, representados pelos valores de tensão 0 Volts e 5 Volts, através dele o circuito irá responder com uma interação com os demais componentes. A Figura 17, mostra o terminal da porta de comunicação utilizado na placa Resistor limitador de corrente O resistor limitador de corrente foi utilizado tanto para limitação da corrente do LED indicador de sinal de entrada, quanto para a entrada de sinal para o optoisolador. Sua função é controlar a corrente e evitar danos aos componentes, no caso o LED e o optoisolador. A Figura 18 mostra sua disposição na placa de circuito impresso.

46 Led indicação de sinal da entrada O LED de indicação de sinal de entrada é responsável pela sinalização de estado lógico na entrada do circuito, sendo indicado por ligado em nível lógico alto e desligado em nível lógico baixo. As estruturas dos LEDs juntamente com seus resistores de controle de corrente são mostradas na Figura 17. Figura 17 - LEDs de sinalização de sinal de entrada e terminal DB 25 Fonte: (Próprio Autor, 2016) Optoisolador A escolha por um sistema de isolação de sinal se faz necessário, pois qualquer possível problema que envolva a carga de acionamento, o circuito de comunicação, no caso a porta de comunicação paralela do computador, fica protegida de qualquer falha que possa vir a prejudicar o equipamento principal de processamento de dados. O sistema de optoisoladores, trabalha com sinal de luz, isolando totalmente os terminais de entrada dos terminais de saída. A Figura 18 mostra a implementação do circuito e sua disposição na interface.

47 47 Figura 18 - Disposição dos optoisoladores na interface Fonte: (Próprio Autor,2016) Portanto, temos nos optoisoladores a divisão de sinais na interface de acionamento, ficando ambas as partes totalmente isoladas umas das outras Resistor limitador de corrente para base de transistor de chaveamento Após o sinal ser comunicado pelo optoisolador, um novo nível lógico no após a isolação de sinal é estabelecido, este sinal é disposto então no valor de 5 Volts, vindo diretamente de uma fonte externa de alimentação, o valor de saída no optoisolador excita a base do transistor na configuração chave. Um resistor limitador de corrente faz com que o valor de excitação da base do transistor não seja muito maior do que o necessário para sua saturação, evitando danos ao componente Transistor de chaveamento O fechamento e a abertura entre os terminais do emissor e coletor do transistor, fazem dele um circuito também chamado de chave transistor. Quando o terminal da base está saturado, considera-se o chaveamento correspondente como ligado, isso faz com que a tensão entre o coletor e o emissor fique muito próxima de 0 Volts, o mesmo efeito que ocorre quando uma chave está em seu nível fechado, já a corrente está em seu valor

48 48 máximo, o efeito contrário acontece quando o transistor passa para seu estado desligado, sendo seu valor de tensão entre o coletor e emissor máxima e a corrente nula. (Theodore F. Bogart, 2001). Figura 19 - Acionamento do transistor Fonte: (Próprio Autor,2016) Conforme, citado, foi utilizado um transistor como chave para realizar o chaveamento do relé de carga, o modelo utilizado foi o BC 548 devido a suas características, os cálculos para que os valores de corrente para saturação fossem garantidos, foram os seguintes. Cálculo da corrente IB (Corrente de Base) e Isat (Corrente de Saturação), sendo expressas na equação 1 e 2. (1) IB = Vi 0,7 RB = 3,88 0,7 70K = 45,42 µ A

49 49 (2) Isat = VCC RC = 3,88 V 0,90 KΩ = 4,31 m Um resistor de 20 KΩ ligado ao GND, foi necessário para que não houvesse flutuação de sinal, quando o optoisolador não estivesse mandando sinal para a base do transistor, devido a esta adequação, o cálculo pela regra de divisor de tensão teve de ser aplicada para obter a tensão aplicada no resistor de base RB. (3) VRB = 5Vx 70KΩ 20 KΩ + 70 KΩ = 3,88 V Com todos valores calculados, nota-se que o valor de saturação da base está de acordo com a atuação do transistor. A Figura 20 mostra os dados do Datasheet do dispositivo. Figura 20 - Saturação da base BC 548 Fonte: (Datasheet Catalog BC 548, 2016) Relé de acionamento Para que a carga fique isolada do circuito, para o acionamento é necessário algum recurso que faça papel de interruptor, o relé tem essa característica, pois ao ser alimentado seus terminais da bobina, faz com que seus contatos NA e NF façam essa parte de chaveamento. Portanto é ele que tem que suportar toda a corrente da carga que irá circular por seus terminais. A Figura 21, mostra a estrutura do relé com os pelos terminais de acionamento da bobina 1 e 2, que ao circular uma corrente elétrica,

50 50 acionam o dispositivo, mudando o estado dos seus terminais, o comum que recebe o sinal de entrada, passa de NF para NA. A desenergização da bobina, faz com que o estado inicial dos terminais retorne a sua posição inicial. Figura 21 - Estrutura relé de acionamento Fonte: ( 2016) A Figura 22 mostra a estrutura dos relés após instalaçao na PCB. Figura 22 - Estrutura relés na PCB Fonte: (Próprio Autor,2016) O sistema de acionamento de carga escolhido para o circuito foi o relé eletromagnético miniatura de potência selado, com 1 contato reversível de capacidade

51 51 de 15 A. Tensões disponíveis de bobina desde 5 até 48 VCC (Volts Corrente Contínua). Sua característica principal deve ser atender a corrente necessária para acionamento da carga Diodo roda livre O relé pode ter seu acionamento realizado por sua bobina, e uma bobina ter como característica se opor a variação de corrente, fazendo que a implementação de um diodo seja feita em seus terminais de alimentação. O diodo de roda livre serve como caminho para a corrente elétrica circular durante este processo de magnetização e desmagnetização, evitando a variações bruscas de sentido da corrente, protegendo os componentes do circuito Led indicação de sinal da saída Da mesma forma que a sinalização de entrada, foram adicionados ao projeto LEDs na saída da interface, como modo de facilitar a visualização do sinal de saída, qualquer tipo de interrupção do funcionamento poderá ser analisado em um primeiro momento, de forma a uma análise genérica através deste tipo de recurso Conector acoplamento de carga. Os conectores de acoplamento de carga, foram utilizados para facilitar a conexão das cargas ao sistema, através dos engates rápidos e aperto dos condutores por parafusos, os equipamentos podem ser acoplados de maneira rápida e simples a interface.

52 Controle de temperatura Uma das partes fundamentais em um sistema que utiliza entradas de informações são os sensores, podem ser considerados de tamanha importância pois o dimensionamento incorreto ou o seu mal funcionamento do pode fazer com que a resposta do sistema ocorra de maneira totalmente incorreta. O termo sensor é usado para um elemento que produz um sinal realacionado á grandeza medida. Portanto, no caso de, digamos, um elemento de temperatura por resistência elétrica, a grandeza medida é temperatura, e o sensor transforma a temperatura medida em variação de resistência. O termo transdutor é normamlmente usado no lugar de sensor. Os transdutores são definidos como elementos que, quando submetidos a uma variação física, respondem com uma outra variação associada. Portanto, sensores são transdutores. (Bolton, 2010,p.34). A Figura 23 mostra o diagrama completo das conexões que foram realizadas no projeto do sensor de temperatura. Figura 23 - Diagrama conexões do sensor de temperatura Fonte: (Próprio Autor,2016)

53 53 O circuito de temperatura consiste em um sensor, o qual foi escolhido o LM 35, devido as suas características que satisfazem as necessidades do projeto, juntamente com um circuito com AMPOPs, na sua configuração comparadora, O sensor de temperatura escolhido para o projeto é o LM 35, pois é um sensor capaz de operar dentro de uma temperatura entre -60ºC a +150ºC, além de ter uma medição precisa e uma estrutura de fácil compreensão. Este circuito tem uma saída linear de tensão proporcional à escala Celsius de temperatura. Características do sensor LM 35: Faixa de operação de -60ºC à +150ºC; Baixa impedância de saída; Medição de tensão de saída proporcional a escala Celsius; Fator Linear correspondente a +10 mv/ºc. A linearidade representa o grau de proporcionalidade entre a grandeza física e o sinal gerado pelo sensor, já a faixa de atuação é o intervalo em que o sensor pode atuar sem que sua operação seja comprometida, ou sofra algum tipo de alteração que possa causar qualquer tipo de imprecisão de leitura. O sistema de controle de temperatura disposto do sensor LM35, é responsável pela leitura da temperatura no ambiente interno da cabine, o valor lido é então repassado a um dos pinos de entrada do conector Db-25, o computador pessoal então fica responsável pela leitura das informações em nível lógico, alto e baixo e a partir disso realizar os acionamentos de acordo com o necessário. A Figura 24, representa a estrutura do sensor LM 35 e suas conexões:

54 54 Figura 24- Sensor LM35dz, diagrama de conexões Fonte: (Datasheet LM 35,2016) Na figura 24 o terminal GND é correspondente ao pino de aterramento do sensor, o terminal OUT corresponde à saída analógica para medição de temperatura e Vs é o terminal de tensão positiva, utiliza a tensão de +5Volts. Juntamente com o sensor LM 35, o circuito de controle de temperatura, possui também dois amplificadores operacionais em configuração comparadora AMPOP Comparador A configuração comparadora para o amplificador operacional, utiliza a malha aberta, sendo que seus terminais de entrada positiva e negativa não obtém a realimentação. O chaveamento mais rápido entre dois níveis de saída juntamente com a capacidade de acionar diretamente uma variedade de carga, são característica que tornam o comparador bastante usual para determinados circuitos. (4) Vref = R1 R1 + R2. V1 (Volts) Atribuindo o valor de R1 em 10 KΩ, através da equação 4, é encontrado o valor de R2, com Vref no valor de 0.18 mv, que representa o valor proporcional em relação a

55 55 saída do LM 35 na escala linear em milivolts e V1 o valor de 5 V que é a tensão aplicada em R2 através do divisor de tensão. 0.18mv = 10 kω 10 kω + R2. 5V (5) A resultante da equação 5 para o valor de R2 é de 267,77, o qual para um valor disponível de resistor, R2 então é de 270 KΩ. Na figura 25 é mostrado a estrutura do componente LM 324, que conta com 4 amplificadores operacionais em seu encapsulamento. Figura 25 - Estrutura LM 324 Fonte: (Datasheet LM 324 Texas Instruments, 2016) 4.3 Fonte de alimentação A utilização de uma fonte externa, ou seja, um sinal que não depende do nível de tensão e da corrente direto da porta de comunicação paralela, foi implementado para dar maior garantia de estabilidade aos níveis de tensão e corrente para o sistema. Uma fonte de tensão é composta de estágios desde seu sinal de tensão de entrada até seu sinal de tensão na saída, são eles que garantem um correto funcionamento

56 56 através da alimentação ao circuito que estão inseridas, a figura 26 representa os principais estágios para uma fonte de alimentação típica. Figura 26 - Diagrama de blocos com os estágios de uma fonte de tensão Fonte: (Boylestad & Nashelsky, 2004) A figura 27, mostra o circuito os componentes da fonte de alimentação na placa de circuito impresso, sendo ele composta dos seguintes itens: Transformador Ponte de retificadores com diodos Capacitor Eletrolítico como filtro Regulador de tensão LED indicador de funcionamento com resistor limitador de corrente Figura 27 - Fonte de alimentação Fonte: (Próprio Autor, 2016)

57 57 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES A estrutura da interface de acionamento foi projetada para ser montada em uma PCB, a primeira tentativa de construção da estrutura da placa de circuito impresso foi utilizando o processo conhecido como termo transferência, onde o circuito é impresso em uma impressora a laser no papel glossy, colocado na face cobreada da placa, depois aquecido a uma temperatura estimada de 200º C por uma prensa, para que o circuito passe do papel para a placa de fenolite, durante estes procedimentos ocorreram alguns problemas, alguns deles devido ao tamanho do circuito impresso ter sido projetado de maneira muito grande na sua distribuição pela placa, isso fez com que após inúmera tentativa continuasse falhando a transferência do circuito do papel para a placa, como mostra a figura 28. Figura 28 - Falha no processo de termo transferência Fonte: (Próprio Autor, 2016) Optou-se por tentar deixar o circuito na prensa por mais tempo, cerca de três períodos intercalados de 2 min e com a mesma temperatura, porém os resultados foram a criação de bolhas, danificando a placa, tornando o material totalmente inutilizável. Os danos causados na estrutura do material da placa, são mostrados na Figura 29.

58 58 Figura 29 Dados causados ao material da placa Fonte: (Próprio Autor, 2016) Portanto, pode se verificar que a relação de tempo em que o papel é deixado na prensa, pode ser um dos fatores negativos para o processo, caso seja demasiadamente maior que o necessário, coloca em risco todo o material e sua inutilização irreversivel. Figura 30 - Transferência do circuito para a PCB Fonte: (Próprio Autor, 2016)

59 59 Em uma nova tentativa, com tempo menor de exposição ao calor da prensa, em torno de 4 min, o resultado esperado melhorou, porém, surgiu outro agravante, como o papel gruda na placa devido a impressão e ao calor durante o procedimento, na retirada do papel uma parte ficava grudada na placa, principalmente entres as trilhas, o problema que ocorre com isso é que na hora da corrosão da placa, no recipiente com percloreto de ferro, as áreas em que o papel fica grudado, acabam não corroendo, ocasionando interligações indevidas causadoras de curto circuito na hora do acionamento do sistema. Após inúmeras tentativas e sem sucesso, optou se então por manda a placa do circuito para ser usinada em uma empresa terceirizada. O processo de usinagem através de uma CNC router garantiu que todo o projeto pudesse ser implementado de forma segura e contendo todas as características as quais foi projetado. A estrutura final já em realização de testes é mostrada na Figura 31. Figura 31 - Circuito em teste pela porta paralela Fonte: (Próprio Autor, 2016) Os testes do circuito foram realizados no computador pessoal que se destinou ao projeto, foi realizado o acionamento de todos os pinos de comunicação da porta paralela, também o acionamento individual e com a carga do cooler em um dos relés. Os dados levantados do sistema estão descritos na Tabela 08.

60 60 Tabela 8 - Dados obtidos com acionamento do circuito da interface Tipo de Acionamento Corrente do circuito com todos os relés acionados Corrente do circuito por módulo de relé Corrente do circuito com cooler como carga Valor corrente (A) 420 ma 80 ma 210 ma Fonte: (Próprio Autor, 2016) O sinal de teste do acionamento do relé também foi verificado no osciloscópio, devido a carga e a bobina do relé terem características indutivas, por menos que seja a carga, o circuito apresenta oscilação e um tempo de acomodação para a estabilização do circuito. Porém nenhuma destes resultados demonstrou qualquer tipo de alteração no acionamento ou qualquer característica comprometesse o seu funcionamento da forma correta. A Figura 32 mostra o gráfico do sinal no osciloscópio. Figura 32 - Acionamento do relé Fonte: (Próprio Autor, 2016