Controle remoto por Bluetooth Introdução Esse tutorial tem como objetivo, facilitar a montagem do controle e drive de potência voltado a modalidades que necessitam de controle remoto, seja robô sumo de combate ou futebol de robôs. Lembrando que nesse tutorial não serão computados o preço dos cabos de ligação que são de via simples, conectores, ou ferramentas básicas como alicate e ferro de solda, apenas itens mais complexos e que impactarão mais no preço final. 4.1 Controle remoto por Bluetooth Para realizar a comunicação entre o robôs e o controle remoto, será utilizada o Bluetooth Arduino Android. Figura 2: Arduino Uno Figura 3: Bluetooth Arduino
Figura 4: Circuito montado na placa (Vista superior) Figura 5: Circuito montado na placa (Vista Inferior)
5. METODOLOGIA 5.1 Estrutura dos Robôs Toda eletrônica do robô foi desenvolvida para buscar uma máxima performance na arena, para isso foi necessário adquirir um par de motores com torque e RPM (Rotação Por Minuto) altos. Cada ponto importante será tratado nesse capítulo, desde sua estrutura (carenagem) a alimentação ao drive de potência dos motores. Na figura 6 e 7 são apresentados os robô utilizados em competições anteriores e que sofrerão alterações para o novo projeto. Figura 6 Robô da equipe god of war Kamaro Figura 7 Robô da equipe 5.2 Fontes de alimentação Os robôs são alimentados através de uma bateria interna que possui tensão nominal de 12V e 1,3 A, conforme ilustrado na figura 12 e 13.
Figura 12 e 13 Fontes de alimentação 5.3 Motores Não adiantaria uma eletrônica com um super poder de controle sem um bom motor para fazer tudo isso andar. Utilizados motores de vidros elétricos de carros, conforme apresentado nas figuras 14 e 15. Figuras 14 e 15 Motores utilizados nos robôs 5.4 Rodas de tração As rodas que estão acopladas ao motor e que realizam a tração do robô são réplicas em miniaturas de rodas de carro, conforme pode ser visto nas figuras 16 a 18.
Figuras 16 e 17 Rodas de tração Figura 18 Rodas de tração 5.5 Comunicação Bluetooth Para acionamento dos motores com comando de Bluetooth, será utilizado os componentes conforme figuras 2 a 5 motradas anteriormente. O funcionamento é bem simples, basta dar os comandos no celular para que o robo começe a funcionar.
Figura 19 Ilustração do funcionamento do robô através de Bluetooth utilizando o aparelho celular. Utilizaremos os nossos próprios aparelhos celulares para controlar os bobôs individualmente, conforme ilustra as figuras 20 e 21. Figuras 20 e 21 Celular com Android instalado o programa Arduino Bluetooth Joy. Figura 22 Programa instalado no celular. Imagem da internet fonte: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.heightdev.arduinobtjoysticklite&hl=pt_br
Utilizando os componentes mostrados anteriormente para comunicação montamos os circuitos, conforme as figuras 23 a 26 a seguir. Figura 23 Circuito elétrico para funcionamento do robô.
Figuras 24, 25 e 26 Desenho de orientação para montagem do circuito na placa.
5.6 Relês O relé é um dispositivo eletromecânico ou não, com inúmeras aplicações possíveis em comutação de contatos elétricos. Servindo para ligar ou desligar dispositivos. É normal o relé estar ligado a dois circuitos elétricos. No caso do Relé eletromecânico, a comutação é realizada alimentando-se a bobina do mesmo. Quando uma corrente originada no primeiro circuito passa pela bobina, um campo eletromagnético é gerado, acionando o relé e possibilitando o funcionamento do segundo circuito. Sendo assim, uma das aplicabilidades do relé é utilizar-se de baixas correntes para o comando no primeiro circuito, protegendo o operador das possíveis altas correntes que irão circular no segundo circuito (contatos). Apresentados nas figuras 27 e 28. Figuras 27 e 28 Relês.
5.7 CI Circuito Integrado - Optoacoplador Um acoplador óptico, também chamado opto-isolador ou isolador acoplado opticamente, um dispositivo de transmissão e recepção, que funciona como um interruptor activado pela luz emitida por um LED saturando componente optoeletrônicas, geralmente sob a forma de foto transistor ou PhotoTriac. Desta forma são combinadas em um único dispositivo semicondutor, um photoemitter e um fotorreceptor que é a ligação óptica entre ambos. Estes elementos estão encapsulados dentro de uma geralmente é do tipo DIP. Eles normalmente são usados para isolar dispositivos eletricamente sensíveis. A figura a seguir mostra um optoacoplador 4N35 constituída por um LED e um fototransistor. A tensão da fonte à esquerda e à resistência em série fornecer uma corrente no emissor do LED quando o encerramento das interruptor S1. Se esta corrente proporciona um nível de luz, para influenciar o fototransistor saturá-lo, gerando uma corrente em R2. Assim, a tensão de saída será zero, com S1 S1 fechada e V2 aberta. Se a tensão de entrada varia, a quantidade de luz irá também, o que significa que as variações de tensão de saída em função da tensão de entrada. Assim, o dispositivo pode acoplar um sinal de entrada para o circuito de saída, embora deva notar-se que as curvas de tensão / luz LED não é linear, de modo que o sinal pode ser distorcida. Acopladores ópticos especiais são vendidos para esse fim concebida de modo a ter uma gama na qual o sinal de saída é praticamente idêntico ao de entrada.
A vantagem fundamental de um acoplador é o isolamento elétrico entre os circuitos de entrada e de saída. Pelo optoacoplador, o único contacto entre os dois circuitos é um feixe de luz. Isto resulta numa resistência de isolamento entre dois circuitos da ordem de milhares de milionhms. Estes isolados são úteis em aplicações de alta tensão em que os potenciais dos dois circuitos podem diferir por vários milhares de volts. Figuras 29 e 30 Optoacopladores. Imagens extraídas do DATA SHEET. 5.8 Resistores Para controlar a corrente elétrica e evitar problemas no circuito, estão sendo utilizados resistores de vários valores e potências, a figura 31 apresenta algum deles. Figura 31 Resistores 5.9 Lógica principal
O robô terá acionamento independente dos motores através do acionamento do botão no celular, podendo facilmente efetuar curvas e girar em seu próprio eixo para evitar pontos de agarramento e usar a força centrípeta para lançar a bola no gol. A velocidade de saída do robô causará força em impacto contra o adversário para efetuar uma defesa mais eficaz. Materiais A Tabela 1 consiste na montagem apenas um receptor de dados bluetooth com o módulo de controle Arduino, com esta estrutura você poderá controlar até quatorze I/O digitais sendo seis delas preparadas para geração de PWM, e seis I/O analógicas, tipo TTL, o controle será de um celular, basta instalar o software pago ou gratuito dos seguintes links: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.heightdev.arduinobtjoystick&hl=pt_b R https://play.google.com/store/apps/details?id=com.heightdev.arduinobtjoysticklite&hl=p t_br É recomendado que adquira o software pago pois possui comando multitouch e controle via acelerómetro. Descrição Qnt. Vlr. Unit. Vlr. Total Arduino Uno Rev 3 1 R$ 80,00 R$ 80,00 Módulo Bluetooth para Arduino e Android 1 R$ 60,00 R$ 60,00 TOTAL R$ 140,00 Tabela 1 Tabela de matérias Obs: a tabela 1 possui o comentário diretamente das fontes de compra dos componentes em www.tato.ind.br. Caso vocês queiram mudar o nome e a senha do hardware bluetooth (opcional) Para a mudança do nome e senha do modulo bluetooth é necessário um conversor de TTL serial para usb que criará uma porta COM virtual no seu PC, que custa R$ 25,00, cujo nome é Adaptador USB/Serial TTL original Prolific PL2303HX link http://www.tato.ind.br/produto/adaptador-usb%7b47%7dserial-ttl.html Link de drivers http://www.prolific.com.tw/us/showproduct.aspx?p_id=225&pcid=41 ATENÇÃO -> ele funcionou perfeitamente no Windows XP, porem no Windows 8 não funcionou.
Circuito base para controle Lembrando que o circuito pode ser adaptado para cada aplicação afinal estamos trabalhando com IO configuráveis, basta ter o drive adequado. A Figura 1 mostra exatamente como devem ser ligado os motores e o bluetooth, o terra da fonte que alimenta o Arduino e os motores devem ser diferentes pois a corrente do arduino não é suficiente para os motores, essa é a vantagem do sevo motor pois a corrente de controle é muito baixa já sua potência de acionamento é alto, e dessa maneira não sobre carrega ou deixa instável a fonte de alimentação de nosso Arduino. O terra de ambas as fontes devem estar interconectado pois a referência para controle deve ser a mesma, caso contrário os motores não receberão os comandos de PWM. Esse exemplo de ligação é com servomotores. No caso de motores comuns estaremos utilizando apenas aqui as conexões para o bluetooth, para as ligações dos motores estaremos utilizando o circuito da figura 23. Figura 1 Ligação elétrica para controle dos Servo motores via Bluetooth. Os motores presentes na lista são do tipo de posição de 180 no máximo mas é possível fazer a modificação para transforma-los em rotação horária e anti-horária basta seguir o tutorial do site
http://physicalcomp.wordpress.com/2009/12/04/transformando-um-servo-motor-deposicao-para-servo-motor-de-rotacao/. O pino 32 PIO-9 do módulo bluetooth não está disponível para conexão e ele é de extrema importância para garantir que ocorre a parada dos motores e outros acionamentos caso perda a conexão com o módulo, assim que perdida a conexão o pino vai para o nível logico 0 e quando conectado vai para nível lógico 1, ou seja caso o modulo desligue por algum motivo os acionamentos devem parar. Programação do Software A linguagem do Arduino é baseada em C porém ela possui comandos e bibliotecas para facilitar nosso trabalho, o programa correspondente a Figura 2 tem como objetivo controlar a rotação de um motor. Quando o celular manda para o Arduino o caractere 1 o motor gira no sentido antihorário, recebe o caractere 2 o motor gira no sentido horário, recebe o caractere 0 o motor para, e para o motor caso perda o sinal do modulo bluetooth. A estrutura e significado de cada comando utilizado você pode pesquisar nas fontes http://playground.arduino.cc/referencia/extendida#.uyrifbquoaz e http://playground.arduino.cc/componentlib/servo#.uyritlquoay.
Figura 2 Programação para controle de um servo motor de posição 180 modificado para rotação. Para configuração do seu modulo bluetooth além do drive serial você terá que possuir um terminal de comunicação do seu PC que pode baixar no link http://www.rogercom.com/download/rcomserial.zip e utilizar a linha de comando e procedimentos do datasheet do fabricante do modulo bluetooth link http://www.electronicaestudio.com/docs/istd016a.pdf ou seguir o tutorial link http://www.exp-tech.de/service/datasheet/hc-serial-bluetooth-products.pdf. Programação abaixo é para comandar uma saída normal para acionamento de dos reles junto com os fotoacopladores