GUINDASTE CONTROLADO POR PC ATRAVÉS DE INTERFACE SERIAL RS- 232

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1 GUINDASTE CONTROLADO POR PC ATRAVÉS DE INTERFACE SERIAL RS- 232 Carlos Renato Borges dos Santos Instituto Federal de Minas Gerais - IFMG Departamento de Engenharia Elétrica Campus Formiga MG [email protected] Resumo - O objetivo deste documento é mostrar o desenvolvimento de um guindaste microcontrolado comandado por computador. Nesse projeto, são usados: microcontrolador (família 8051), motores de passo, interface serial RS-232 e software desenvolvido em Delphi. Palavras-Chave Delphi, Eletrônica, guindaste, microcontrolador, RS-232. mini-guindaste está sendo aperfeiçoado para ser conectado à porta USB. A seguir serão mostradas as partes principais do circuito eletrônico. II. CIRCUITO ELETRÔNICO DO MINI-GUINDASTE O diagrama lógico de funcionamento do circuito pode ser visto na Figura 1. CRANE CONTROLLED BY PC THROUGH RS-232 SERIES INTERFACE Abstract - The aim of this document is to show the development of a microcontrolled crane commanded by personal computer. In this project, are used: microcontroller (8051 family), step motors, RS-232 interface and software developed in Delphi. 1 Keywords crane, Delphi, Eletronic, microcontroller, RS-232. PC CI RX TX NOMENCLATURA Computador pessoal. Circuito integrado. Receptor. Transmissor. I. INTRODUÇÃO O estudo dos microcontroladores é fundamental para os estudantes de engenharia elétrica. Em um mundo digital, os microcontroladores e os microcomputadores são o centro de comando dos circuitos eletrônicos. Este trabalho mostra uma aplicação do microcontrolador da família 8051 para controlar um mini-guindaste. Dois motores de passo são usados para girar o guindaste e levantar o eletroímã. Este tem a função de capturar peças ferromagnéticas que serão movidas de um lugar para outro. Além disso, o mini-guindaste é comandado por computador, em um software desenvolvido em Delphi, especialmente para essa finalidade. A interface serial RS-232 é usada para conectar o mini-guindaste ao computador. Atualmente o Fig. 1. Diagrama lógico de funcionamento do projeto. O diagrama mostrado na Figura 1 revela como é o direcionamento do controle. O computador envia o comando (sinal) para o microcontrolador; este entende qual é o comando e o executa (virar o guindaste, subir ou descer o eletroímã, ligar ou desligar o eletroímã). Após a execução do movimento, o microcontrolador envia um sinal de volta ao computador, e este atualiza a tela do guindaste, informando ao usuário que o comando requisitado foi obedecido. O mini-guindaste pode ser visto na Figura 2. Fig. 2. Foto do mini-guindaste. A seguir serão mostrados os componentes eletrônicos principais do projeto. A. O microcontrolador O microcontrolador utilizado foi o 89C2051, que possui apenas as portas P1 e P3 do Dessa forma, a porta P1 é usada para acionar os dois motores de passo (4 pinos para cada motor); da porta P3, os pinos RX e TX são usados na

2 serial e um pino é usado para o acionamento do eletroímã, restando, ainda, 5 portas que podem ser usadas para outras finalidades. Para melhorar a taxa de transmissão tanto com relação à taxa de erro quanto à velocidade de transmissão, foi usado um cristal de 11,0592 MHz. [4]. O CI 89C2051 pode ser visto na Figura 3. velocidade. Objetivando o controle da posição, foram utilizados motores de passo para controle do ângulo de giro do mini-guindaste e da altura do eletroímã. Um dos motores de passo utilizados é visto na Figura 5. Fig. 5. Motor de passo (usado para controle de posição). B. A interface serial Fig. 3. Microcontrolador da família A conexão serial é realizada através do CI MAX232, que converte o padrão TTL (0 a 5V) para o padrão serial RS-232 (-15V a +15V). O manual do MAX232 é facilmente obtido na internet e o circuito é mostrado na Figura 4. O motor de corrente contínua também pode ser utilizado para controle de posição, mas o sistema de controle para essa finalidade é mais complexo, o que não é objetivo deste trabalho. D. Driver de potência Os pinos de saída do microcontrolador não são capazes de acionar diretamente os motores de passo ou o eletroímã. Para serem acionados, é preciso um driver de potência. No caso deste projeto, foi utilizado o IRF 540 para acionar os dispositivos citados. O IRF 540 é um transistor do tipo MOSFET canal N. O IRF 540 e seus pinos podem ser vistos na Figura 6. Fig. 6. Mosfet IRF 540. Fig. 4. Esquema de ligação do padrão TTL ao RS-232. Como visto na Figura 4, este CI pode ser utilizado em até dois canais de transmissão e 2 de recepção. Para o miniguindaste, é necessário apenas um canal TX e um canal RX. O pino 11 do MAX232 foi conectado ao TX do microcontrolador e o 14 ao RX do computador (PC, pino 2). O pino 12 do MAX232 foi conectado ao RX do microcontrolador e o 13 foi conectado ao TX do computador (PC, pino 3). A partir da transmissão do comando por parte do usuário, o microcontrolador receberá o comando, executando-o e enviando uma resposta ao computador de que o comando foi executado. A seguir será mostrado o software e suas janelas principais. III. O SOFTWARE O software que controla o mini-guindaste é de interface simplificada para que o usuário possa movimentar o guindaste através de botões que são clicados com o mouse. Este software foi desenvolvido em Delphi [3]. A. Protocolo de comunicação Na Tabela 1 são mostrados os caracteres de comunicação entre o software e o microcontrolador. C. O motor de passo O motor de passo é vantajoso em relação ao motor de corrente contínua no que tange ao controle da posição; por outro lado, o motor de corrente contínua é mais veloz. Neste projeto, o controle da posição é mais importante do que a

3 TABELA I Lista de caracteres usados para comunicação. B. Comandos manuais Para o controle manual basta clicar com o mouse nos botões mostrados na Figura 9. Esses botões controlam o movimento do braço (movimento horizontal), a altura do eletroímã (movimento vertical) e o acionamento do eletroímã (liga ou desliga). A Figura 7 mostra o software antes da conexão com o microcontrolador e a Figura 9 mostra o software após a conexão. Fig. 9. Janela do software quando conectado. Fig. 7. Janela do software quando desconectado. Inicialmente, deve-se realizar a conexão, clicando em Conectar. O botão conectar é aquele com o desenho de um telefone, que pode ser visto na Figura 7. Ao clicá-lo, o software envia um sinal (caractere E, conforme a Tabela 1) ao microcontrolador e este retorna outro sinal (caractere F, conforme a Tabela 1), habilitando os botões da janela, como mostrado na Figura 9. A cada byte enviado pelo computador deve haver um byte recebido. Dessa forma, o software tem o controle de cada movimento e pode atualizar a sua tela. Uma janela foi desenvolvida para mostrar os comandos enviados e recebidos. Essa janela é importante para solucionar problemas e pode ser vista na Figura 8. Se ocorrer algum defeito, a janela da Figura 8 ajuda a identificar se o problema ocorre na transmissão ou na recepção, agilizando a detecção do problema. O projeto descrito em [5] também utiliza esta janela para auxiliar na detecção e correção de problemas. Na janela mostrada na Figura 9 vê-se 3 áreas de controle, citadas a seguir. Na área Vista Panorâmica, tem-se a posição do braço do mini-guindaste, que pode girar quase 360 graus, sendo cerca de 180 graus para a esquerda e 180 graus para a direita (a limitação do giro se deve aos cabos que alimentam os motores). Na área Vista Lateral, tem-se o controle da altura do eletroímã. Na área Eletroímã tem-se o acionamento do eletroímã, ligando-o (ver Figura 10) ou desligando-o (ver Figura 9). Ainda olhando a Figura 9, pode ser notada a existência de uma régua, na parte de baixo da janela. Nela há o ajuste de velocidade do guindaste. Neste caso, é controlado o tempo entre a recepção e a transmissão do sinal. Há, também, a barra de menu, na parte de cima, responsável por diversas ferramentas que são mostradas a seguir. Na Figura 10 pode ser visto o eletroímã ligado. Neste caso, aparecerá linhas horizontais azuis, representando a circulação de corrente na bobina do eletroímã. Fig. 8. Janela de mensagem dos comandos enviados e recebidos.

4 Fig. 10. Janela do software com eletroímã ligado. C. Controle automático O usuário pode automatizar o mini-guindaste, programando-o para que realize movimentos automaticamente. Para isso, o usuário pode escolher duas formas de programar os movimentos do mini-guindaste. A primeira forma é mostrada na Figura 11. Fig. 11. Janela de programação automatização do mini-guindaste. Na Figura 11 é mostrada uma forma em que o usuário utiliza o mouse e o teclado para programar. Já na Figura 12, o usuário já deve ter um pequeno conhecimento de programação, pois este já utiliza a linguagem desenvolvida para o controle automático do mini-guindaste. Fig. 12. Janela de automatização mostrando a linguagem desenvolvida para automatizar o mini-guindaste. Em seguida são comentadas as conclusões do trabalho. IV. CONCLUSÕES O projeto de um mini-guindaste microcontrolado foi desenvolvido para apresentar a funcionalidade dos microcontroladores e sua possibilidade de conectar-se com o computador ou qualquer outro sistema de informação. A partir de um microcontrolador e com drivers de potência é possível realizar acionamento de máquinas de potência elevada. Através desse projeto, torna-se evidente a importância do aprendizado em algoritmos e de eletrônica digital, analógica e de potência, além do conhecimento em microcontroladores e de conceitos básicos de telecomunicações. Inúmeras melhorias podem ser implementadas, entre elas a utilização da porta USB, a inserção de mais movimentos, aumento da velocidade, comandos à distância, entre outros. Essas melhorias foram sugeridas pelas pessoas que conheceram o mini-guindaste. Dessa forma, é nítida a vontade de dar continuidade a este projeto, além de ser fonte geradora de novas idéias que utilizam os conhecimentos descritos neste artigo. Deseja-se, através deste texto, motivar os estudantes e conhecedores da área desenvolver novos projetos de eletrônica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] IRF540, N-Channel 100V W - 22AtoO-220 Low gate charge STripFET II Power Mosfet, Disponível para download em: 40.shtml [2] Adel S. Sedra; Kenneth C. Smith, Microeletrônica, 5a Ed., 2007 São Paulo. [3] Kent Reisdorph, Aprenda Delphi em 21 Dias, Editora Campus. [4] Denys E. C. Nicolosi, Microcontrolador 8051 Detalhado, Editora Érica. [5] C. R. B. Santos, Diário de Classe Eletrônico, I Conferência em Estudos de Engenharia Elétrica, Uberlândia-MG, 2003.

5 DADOS BIOGRÁFICOS Carlos Renato Borges dos Santos, graduado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Goiás UFG (2003) e mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação pela Universidade Federal de Goiás UFG (2005). Atualmente é professor do Instituto Federal Minas Gerais - IFMG. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Engenharia Elétrica, atuando principalmente nos seguintes temas: aterramento, materiais elétricos, eletrônica e microcontroladores.