TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL. Janela Automática com três vias de acionamento

Transcrição

1 Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO Etec JORGE STREET TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Janela Automática com três vias de acionamento Caio de Campos Faria dos Santos João Luiz Pereira Júnior Kaio Dias da Silva Santos Lucas Damasceno Rodrigues Professor Orientador: Salomão Chouri Jr. São Caetano do Sul / SP 2013

2 Janela Automática com três vias de acionamento Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como pré-requisito para obtenção do Diploma de Técnico em Automação Industrial. São Caetano do Sul / SP 2013

3 AGRADECIMENTOS Gostaríamos de agradecer a disponibilidade dos professores Nubas, Edson, Luiz Carlos, Roberta e, principalmente, o professor Salomão por contribuir, orientando, construtivamente, para com a elaboração desse trabalho de conclusão de Curso, e à todos por contribuírem com nosso futuro acadêmico e profissional, além de nossos pais que contribuíram financeiramente e a escola cedendo espaço e recursos para desenvolvermos o mesmo. Assim como o Sr José que forneceu ferramentas, ao Dênis que nos forneceu a base da janela, que por sua vez foram de suma importância para a concretização desse projeto.

4 RESUMO Nosso trabalho consiste na implementação de um projeto de automatização de janela que poderá ter três vias de acionamento. A primeira será automaticamente, através de um sensor de umidade. A segunda será manualmente através de controle de rádio frequência e a última poderá ser acionada por um dispositivo acoplado a linha telefônica, onde o usuário poderá enviar um código para o processador (micro controlador), que por sua vez aciona a janela. O objetivo do projeto é evitar que o usuário do dispositivo esqueça a janela aberta, lhe causando possíveis problemas com a entrada de água em sua residência ou até mesmo a invasão da mesma, entre outros transtornos. Palavras-chave: janela, automação residencial e domótica.

5 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Controle de Portas através de uma senha Figura 2 - Controle de som ambiente Figura 3 - Casa controlada por controle remoto Figura 4 - Controle de iluminação via celular Figura 5 - Armazenamento de energia elétrica, através de placas eletro voltaicas Figura 6 - Sistemas de segurança Figura 7 Croqui Figura 8 Diagrama em blocos Figura 9 - Cremalheira Figura 10 - Motor de corrente continua 12VCC Figura 11 - Bateria de Carro 12V 45 A / h Figura 12 Janela de alumínio 2 folhas 100x Figura 13 - Formas de onda do Ring Figura 15 - Teclado telefone Figura 17 Modulação de sinal digital para ASK Figura 18 Carregador de bateria Figura 19 Motor fixado na janela Figura 20 Fixação da cremalheira Figura 22 Fixação da janela em uma base Figura 23 Definição da alocação de partes do projeto Figura 25 Cremalheira correndo nas engrenagens do motor Figura 26 Desenvolvimento do hardware

6 Sumário INTRODUÇÃO DOMÓTICA Aplicações de domótica Aplicações Residenciais ESCOPO DO PROJETO Descrição do projeto Croqui Diagrama em blocos Fluxograma Tabela de custos para o grupo ITEM QTDE DESCRIÇÃO VALOR (R$) Componentes do Projeto DESENVOLVIMENTO DO PROJETO Circuito UCP (Unidade Central de Processamento) Interfaces de potência Interfaces de telefonia Detector de ring Decodificador DTMF Controle de rádio freqüência (Emissor e Receptor) Carregador de Bateria Software RESULTADOS OBTIDOS Modo de operação do projeto CONCLUSÃO REFERÊNCIAS APÊNDICE A APÊNDICE B... 37

7 9 Introdução Sintetizadamente, o nosso trabalho partiu do princípio de fazer um trabalho que visava oferecer mais comodidade e facilidade para as pessoas, até mesmo deficientes, efetuarem tarefas corriqueiras, pensado nisso estabelecemos as seguintes ideias: Uma cadeira de rodas que sobe escadas, um abridor de latas automático e uma janela automática com três vias de acionamento. Por um critério de viabilidade e mais recursos oferecidos, escolhemos a janela automática. Além disso, realizamos uma pesquisa de campo, onde obtivemos como resultado um conceito satisfatório, de forma que as pessoas entrevistadas aprovaram a escolha do projeto e classificaram-no como um projeto de boa utilidade e aplicação. Tema e delimitação. A proposta do grupo tem como base facilitar processos residências automatizando-os. Ou seja, nosso trabalho está contido na área de domótica, que por sua vez é a tecnologia responsável pela gestão de todos os recursos habitacionais. Essa ideia parte do princípio de proporcionar ao homem mais comodidade ao realizar tarefas cotidianas. Já existem diversos dispositivos criados para automatizar tarefas corriqueiras em uma casa, onde juntos executam diversos serviços. Hoje já é possível obter-se o controle de algumas tarefas em sua residência como, por exemplo, na iluminação, climatização e segurança. O projeto, basicamente, trata-se da exploração da domótica de forma inovadora, onde iremos incorporar a janelas automáticas novas formas de acionamento. Objetivos geral e específico(s) O nosso trabalho consiste em apresentar uma área que é, por sua vez, uma ramificação da automação residencial (domótica), onde desenvolveremos uma janela automática com o intuito de facilitar e disponibilizar recursos necessários para acionar de diversas formas tal janela, e assim evitando que o usuário do dispositivo esqueça-o aberto, lhe causando possíveis problemas com a entrada de água em

8 10 sua residência ou até mesmo a invasão da mesma, entre outros transtornos. Assim oferecendo comodidade ao portador da janela. Justificativa Sintetizadamente, o projeto foi escolhido por ser o mais viável para os membros do grupo e também por ser o que mais oferecerá benefícios e recursos para os usuários do mesmo. De forma que a intenção primária dos integrantes do grupo era tornar mais cômoda a vida de tais usuários, e partindo disso obtivemos algumas ideias e concluímos que essa era a melhor para desempenhar nossos objetivos iniciais. Metodologia Para a elaboração do trabalho o grupo adotou o método engenharia, que consiste em analisar as possibilidades de solução do problema, escolhe-lás, e solucionar o problema.

9 11 1 Domótica A Domótica é uma tecnologia nova no mercado da automação, ela é responsável pela automatização de casas, edifícios, hotéis, etc. A palavra Domótica vem da união de duas palavras Damus que significa casa, e Robótica que é a fusão de eletrônica com a informática. Essa nova tecnologia foi desenvolvida para facilitar a vida humana nas tarefas do dia- a- dia, tornando- as mais práticas e rápidas. ( 16/04/2013). O mercado dessa área vem crescendo muito nos últimos tempos, o problema é o custo muito elevado, tornando inacessível à classe baixa. No entanto as classes mais altas adoram esse tipo de tecnologia, pois visam conforto, comodidade e principalmente segurança, pois nos dias de hoje a violência vem crescendo muito nas grandes metrópoles. Sendo assim as pessoas acabam investindo sem se preocupar com o dinheiro e sim com a segurança e bem estar de sua família. Abaixo temos imagens da domótica nos dias atuais: Figura 1 - Controle de Portas através de uma senha

10 12 Figura 2 - Controle de som ambiente 1.1 Aplicações de domótica A domótica é muito utilizada atualmente em diferentes quesitos, alguns deles são: Controle e regulação de temperatura Controle e regulação de iluminação Controle remoto acionando certo equipamento Temporização de equipamentos elétricos, eletrodomésticos, etc. Segurança e controle em fugas de gás e água Alarmes residenciais Controle através de comandos GSM Controle através de comandos via INTERNET Porteiro automático Babá eletrônica Circuitos de monitoramento

11 Aplicações Residenciais Abaixo teremos algumas imagens de aplicações residenciais da domótica. Figura 3 - Casa controlada por controle remoto Figura 4 - Controle de iluminação via celular Figura 5 - Armazenamento de energia elétrica, através de placas eletro voltaicas.

12 Figura 6 - Sistemas de segurança 14

13 15 2 Escopo do Projeto 2.1 Descrição do projeto O projeto consiste em oferecer comodidade ao usuário, onde este poderá usá-lo das seguintes formas: O usuário do dispositivo poderá acionar um botão alocado no painel de controle com as opções automático e manual, acionando a opção automático, o dispositivo atuará sozinho, sem influência de terceiros, de forma que o sensor de umidade será ligado, onde quando houver a presença de água, processará uma interface de entrada, assim será ligado o micro controlador (o cérebro do projeto), que aciona uma interface de saída, ligando o motor, que por sua vez fechará a janela, isso somente se a chave fim-de-curso fechada estiver desligada, pois quando tal chave estiver acionada desacionará as saídas, assim impossibilitando o acionamento do motor. Selecionando a opção manual o usuário do dispositivo efetuará os comandos somente via controle RF (Rádio Frequência), onde receptor captará o sinal emitido e verificará a posição da janela, analisando os sensores fim-de-curso aberto e fim-de-curso fechado, se necessário ele acionará uma interface de entrada, que acionará o micro controlador, que aciona uma interface de saída, que acionará o motor. Quando o usuário do seu dispositivo ligar para sua residência, o detector de ring ira mandar um sinal para o microcontrolador, que irá esperar um certo número de rings para atender o telefone (acionando uma interface de saída), em seguida o usuário deverá digitar uma senha pré definida onde o microcontrolador vai verificar através do decodificador DTMF (que enviará o numero digitado para o micro em um número binário de quatro bits), se a senha está correta o micro-controlador irá executar o comando requerido verificando a posição da janela, analisando os sensores fim-de-curso aberto e fim-de-curso fechado, se a senha estiver incorreta o telefone será desligado através de uma interface potência.

14 Croqui O croqui nada é, resumidamente, o desenho de como vai ficar nosso produto quando finalizado, ou seja, um esboço do projeto. Figura 7 Croqui 2.3 Diagrama em blocos Entradas: Sensor de umidade Controle remoto de frequência RF (rádio frequência) Linha telefônica ligada a interfaces (decodificador DTMF e detector de RING) que operam o Micro Controlador Saídas: Motor de corrente contínua 12vcc (motor de vidro elétrico automático) Leds sinalizadores da posição da janela (aberto, fechado) Linha telefônica

15 17 Figura 8 Diagrama em blocos 2.3 Fluxograma O fluxograma foi desenvolvido através do escopo do projeto onde foi desenvolvida a lógica de funcionamento, para em seguida ser desenvolvido o software. O Fluxograma se encontra em Apêndice A.

16 Tabela de custos para o grupo TEM I TDE Q DESCRIÇÃO V ALOR (R$) 1 1 Cremalheira de aço 70 cm Sensor de umidade 10, Micro controlador AT , Janela de alumínio 2 folhas, 100 x , Motor de corrente contínua 12VCC (vidro elétrico) 35, Bateria de Carro 12Vcc, 45 A / h Sensor fim de curso 15, Cabos 0,75 mm², 1,5 mm² (cores diversas) 30, Leds 5 mm (cores diversas) 4, Painel elétrico 20 x 20 branco 20, Circuito emissor e receptor RF 25, Rodinhas com trava 47, Detector de ring 10, Decodificador DTMF 15, Interfaces de potência 30, Regulador de tenção , Isolante termo retrátil 3, Botão NA 1, Chave 2 posições 3,00 TOTAL 439,50

17 Componentes do Projeto Figura 9 - Cremalheira Figura 10 - Motor de corrente continua 12VCC

18 20 Figura 11 - Bateria de Carro 12V 45 A / h Figura 12 Janela de alumínio 2 folhas 100x120

19 Desenvolvimento do Projeto Com base no diagrama em blocos foram desenvolvidos os circuitos elétricos apresentados a seguir: 3.1 Circuito UCP (Unidade Central de Processamento) Neste circuito é utilizado o microcontrolador (ao centro da imagem) como elemento fundamental para o funcionamento de todo o processo, ou seja, ele é o cérebro do projeto. Para que o microcontrolador funcione é necessário de um circuito nomeado como básico, composto por: o cristal X1 é responsável pela velocidade de processamento do micro, junto dele temos dois capacitores C1 e C2 recomendados pelo fabricante para evitar ruídos na velocidade de processamento; o botão S1 é o reset manual caso o micro trave ; o capacitor e o resistor C3 e R1, respectivamente, são responsáveis pelo reset automático, ocorrendo toda vez que ligamos micro, evitando assim possíveis falhas

20 Interfaces de potência Sendo o microcontrolador um dispositivo digital ele trabalha com zero e cinco Volts em suas entradas e saídas, assim necessitando de uma interface para acionar dispositivos que trabalhe com tensões e correntes maiores que as fornecidas pelo micro. A Interface de potência possui em seu circuito um transistor polarizado como chave, onde ele recebe uma pequena corrente em seu terminal de base, e assim começa a conduzir uma corrente maior entre seus terminais coletor e emissor, acionando o relé. Esse relé possui três terminais um comum um NA e um NF, que quando acionado comunta esses contatos fechando quem está aberto e abrindo quem está fechado. 3.3 Interfaces de telefonia Como foi explicado acima, necessitamos de algumas interfaces para fazer a comunicação do micro com equipamentos analógicos Detector de ring Este circuito é responsável por detectar o ring na linha telefônica, esse ring nada mais é do que um sinal emitido na linha telefônica quando o telefone está recebendo uma ligação. O ring é uma tensão alternada de aproximadamente 75 Vrms, onde esse sinal passa por uma ponte de diodos, que faz a retificação da onda alternada, assim obtendo um sinal pulsante, para que este sinal se torne contínuo e assim possibilite

21 23 a comunicação com o microcontrolador, nós temos um capacitor C3 com a função de filtrar o sinal, quando a onda começa a subir até seu valor de pico o capacitor começa a carregar, e quando a tensão volta a cair tendendo a zero, o capacitor descarrega, mantendo assim o sinal em uma linha quase contínua. A tensão de descarga do capacitor é denominada tensão de Ripple. Após retificado o sinal de ring nós temos um diodo zenner D5 polarizado inversamente funcionando assim como um regulador de tensão, mantendo a tensão sempre no mesmo nível. Se o Diodo estivesse polarizado diretamente ele funcionaria como um semicondutor comum. No circuito acima o valor do diodo zenner é de 16 Volts, esses valores podem variar de acordo com as camadas do diodo. Em série no circuito nós temos um Led, fazendo com que possa ser possível termos uma resposta visual da chegada do ring. No circuito temos também um optoacoplador OK1, que funciona simplesmente como um interruptor, ou seja, quando existir passagem de corrente em seus terminais de entrada, ele enviará um sinal de luz óptica até o recptor que funcionará como um transistor polaizado como chave. Quando a saída do optoacoplador for acionada, Le começara a conduzir, funcionando como uma chave fechada, e então mandar o nível lógico um (5V) até a entrada do microcontrolador. Figura 13 - Formas de onda do Ring

22 Decodificador DTMF Figura 14 Decodificador DTMF O DTMF (Duo Tone Multi Frequency) é responsável por detectar quando uma tecla é digitada. Ao ser acionada uma tecla é gerado uma freqüência na linha telefônica, esse sinal é a somatória de dois valores pré definidos pelas empresas de telefonia. A seguir temos uma imagem com os valores dessas freqüências. Na imagem temos a exemplificação de um teclado, onde ele possui três colunas, e quatro linhas, cada linha e cada coluna possui um valor de freqüência padrão. Figura 15 - Teclado telefone.

23 25 Se for teclado o número 1, serão somadas as freqüências 697 Hz e 1209 Hz, assim esse sinal será transmitido até a entrada do CI, onde ele ira desmembrar as duas freqüências e mandar o valor da tecla em sua saída, o valor será enviado em binário, ou seja, no exemplo citado eu terei em quatro bits o valor 0001, ou seja o número 1 em binário. Além dos quatro bits de saída, o decodificador tem também um bit denominado TONE, esse terminal nada mais é do que uma segurança para que eu possa fazer a leitura dos números teclados, toda vez que existir a presença de um digito acionado o tone irá ficar em nível lógico 1 (5V), e só retornará para 0 (0V), quando não existir mais a presença de sinal em sua entrada. Com isso será garantido que o micro não irá fazer a leitura do mesmo digito varias vezes. Em paralelo com o TONE temos um Led que torna possível visualizar que existe presença de um digito acionado. 3.4 Controle de rádio freqüência (Emissor e Receptor) Sintetizadamente, o circuito de acionamento manual (compreende-se como manual a forma de acionamento presencial da janela) é constiduído, basicamente, por um controle que possui um emissor e por um receptor de sinal (acoplado ao painel de controle). Tecnicamente, estamos falando de um circuito emissor, denominado TWS, e de um circuito receptor, denominado RWS. Figura 16 Circuito emissor de sinal (à esquerda) e circuito receptor de sinal (à direita).

24 26 O circuito de RF (Rádio Frequência) é composto por quatro elementos, o codificador ( encoder ), decodificador ( decoder ), emissor e receptor. Encoder HT12E Responsável por reunir os 8 bits de entrada (na figura x à esquerda, de A0 até A9 ), que têm por utilidade codificar o sinal emitido e recebido para não sofrer quaisquer interferências de outros circuitos emissores, aos 4 bits de dados (de AD11 até AD15, na figura x do lado esquerdo), onde será recebido o comando requerido pelos botões do controle. Assim juntando um total de 12 bits e inserindo-os na entrada do emissor. Transmissor TWS Pega os 12 bits, que são recebidos em sinal digital, e incia um processo de modulação desse sinal, convertendo-o de digital para ASK (Amplitude Shift Key), essa modulação se dá em uma frequência de aproximadamente 433 MHz. Uma vez que esse sinal é modulado, ele é enviado para o receptor. Figura 17 Modulação de sinal digital para ASK Receptor RWS Recebe o sinal emitido em ASK e demodula-o para digital novamente, enviando-o para o decodificador.

25 27 Decodificador HT12D Tem por função receber o sinal demodulado, comparando os bits. Nessa comparação ele verifica se os 8 bits que recebe estão similarmente codificados como os que possui (na figura x à direita, de A0 à A9 ), caso esteja, ele envia os 4 bits de dados para a saída (na figura x à direita, de D12 à D15 ), que, no caso, é a entrada do microcontrolador. 3.5 Carregador de Bateria Figura 18 Carregador de bateria A função do carregador de bateria é fornecer carga quando necessário, ou seja, quando a bateria estiver abaixo de 12 Volts o diodo 1N4004 conduz fornecendo corrente da fonte à bateria onde a mesma será carregada. O diodo também serve para impedir que haja tensão reversa até a fonte. Outra função da bateria é fornecer carga quando tiver falta de energia na residência.

26 Software Para o desenvolvimento do software foi utilizado o programa editor e compilador Pinnacle 52, e a linguagem de programação utilizada foi Assembly. O fluxograma foi tomado como base para criar o software. O software encontra-se em APÊNDICE B. 4 Resultados Obtidos Basicamente, esse projeto foi desenvolvido em três etapas, cujas quais foram realizadas consecutivamente: 1. Desenvolvimento do Software O desenvolvimento da parte programacional foi a primeira etapa a ser executada por se tratar da parte lógica e mais importante de um projeto automatizado. Foi efetuado no terceiro semestre do curso, junto com a busca simultânea de alguns componentes importantes, como o motor, embora sua aplicação fosse mais tardia estávamos adiantando tudo que se encontrava a nosso alcance. Assim concluímos o terceiro semestre com um adiantamento relativo no desenvolvimento do projeto. 2. Montagem do Hardware Se deu no quarto semestre, com um considerável atraso por dificuldade de adquirir componentes específicos e essenciais para a execução da janela, quando desenvolvemos toda a parte eletrônica e a interligamos com a parte lógica, podendo assim testar o projeto. 3. Montagem da parte mecânica e do projeto como um todo Com o hardware e o software funcionando juntos, demos inicio a ultima etapa, porém, não menos importante, a mecânica, onde começamos a enxergar o projeto físico se construindo. E após a execução desta finalizamos a montagem resolvendo todos os problemas obtidos e nos tornando o primeiro grupo da turma a ter o projeto completo funcionando com êxito.

27 29 Figura 19 Motor fixado na janela. Figura 20 Fixação da cremalheira. Figura 21 Construção da tábua de base da janela.

28 30 Figura 22 Fixação da janela em uma base. Figura 23 Definição da alocação de partes do projeto. Figura 24 Instalação do sensor Fim-de-curso.

29 31 Figura 25 Cremalheira correndo nas engrenagens do motor. Figura 26 Desenvolvimento do hardware. 4.1 Modo de operação do projeto O modo de operação do projeto consiste no usuário estabelecer, primeiramente, se ele irá funcionar no modo automático ou manual, seleção essa, dada por uma chave localizada no painel de controle. Se o usuário selecionar a opção automático a janela poderá funcionar: Através do sensor de umidade, sem influencia de terceiros, de forma que se este sensor estiver acionado impossibilitará o acionamento de qualquer outro evitando a entrada de água na residência e mantendo a janela fechada; Através do telefone, que funciona remotamente, onde o usuário ligará para sua residência e, depois que o telefone tocar quatro vezes, ele irá

30 32 digitar uma senha pré-estabelecida e posteriormente apertará a tecla 1 para abrir e 2 para fechar, assim finalizando esse processo; Por fim, poderá funcionar através do controle de Rádio Frequência, onde o usuário ira apertar um botão para abrir e outro para fechar. Se a chave selecionada for a manual a janela poderá funcionar: Através do telefone, ou seja, remotamente; Através do controle de Rádio Frequência.

31 33 Conclusão Uma vez analisadas as páginas apresentadas, pode se concluir com a execução do projeto que conseguimos desempenhar com êxito nossos objetivos iniciais obtendo grande sucesso no que propomos, enquanto pesquisa de tecnologia automática residencial avançada. Para a conquista de um projeto, plenamente, funcional foi necessário sanar problemas, que são normais em tais, que foram encontrados ao decorrer da montagem da janela, acrescentando mais, beneficamente, em nosso conhecimento técnico. Diante do surgimento de problemas no funcionamento do nosso dispositivo, primeiramente, procurávamos a solução com ajuda mútua dos integrantes contidos no grupo e, caso esta não fosse encontrada, recorríamos ao auxílio de orientação. Portanto tal feito proporcionou-nos uma grande experiência acadêmica, pois demandou de uma ampla e profunda pesquisa técnica, para absorvermos total conhecimento do que estávamos desenvolvendo, assim como experiência profissional, por trabalharmos sob exigências, cobranças, prazos e demonstração do domínio e destreza perante a ideia que materializamos, e vamos levá-las como experiências de grande proveito no nosso futuro profissional, onde saberemos como proceder em posteriores trabalhos coletivos.

32 34 Referências Pesquisa de Domótica, disponível em: acessado em 16/04/ acessado em 13/04/ acessado em 16/04/ acessado em 16/04/2013 Figuras disponíveis em: PT&q=janela+com+cremalheira&bav=on.2,or.r_qf.&bvm=bv ,d.eWU &biw=1366&bih=600&um=1&ie=utf- 8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&ei=tfZtUZGACpH68QTllIGgDQ#imgrc =sj-kkqivtonxkm%3a%3bcogdvuw- NDHF2M%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.flexidoor.pt%252Ffotos%252Fpro dutos%252fep16_ e790eeadf314.jpg%3bhttp%253a%252f%25 2Fwww.flexidoor.pt%252Fpt%252Fcatalogo%252Fautomatismos-likeit%252Facessorios%252Fcremalheira-de-nylon%252F%3B451%3B287,, acessado em 16/04/ dentes-mabuchi-_JM, acessado em 16/04/ m=bv ,d.ewu&biw=1366&bih=600&um=1&ie=utf-8&hl=pt- PT&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&ei=QvxtUbi9Du6n0AGvr4DgCg#img rc=-ymyd5-, D3a4KCM%3A%3BlCBLZUYkpZM98M%3Bhttp%253A%252F%252Fimg1.mls tatic.com%252fsensor-de-umidade-hs-1101-pic-atimel-arduino-avr_mlb-o-

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34 36 APÊNDICE A Fluxograma

35 37 APÊNDICE B Software

36 38

37 39