Your SlideShare is downloading. ×
Relatório final
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Introducing the official SlideShare app

Stunning, full-screen experience for iPhone and Android

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply

Relatório final

944
views

Published on

Relatório Final

Relatório Final


0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
944
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Robótica Robô Vigia Introdução teórica do projecto “Robô Vigia” 10-12-2010, Fátima
  • 2. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Índice ÍNDICE .......................................................................................................................................................................... 1 HISTÓRIA DA ROBÓTICA .......................................................................................................................................... 3 ROBÔS, PARA QUÊ? ................................................................................................................................................. 5 INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL ....................................................................................................................................... 8 IA NA VIDA REAL .......................................................................................................................................................... 9 IA NA FICÇÃO .............................................................................................................................................................. 9 A CONTROVÉRSIA........................................................................................................................................................ 9 ROBÔS COM INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL ........................................................................................................................ 10 CIRCUITOS ................................................................................................................................................................ 14 COMO FUNCIONAM OS CIRCUITOS .............................................................................................................................. 14 TIPOS DE CIRCUITOS ................................................................................................................................................. 16 HISTÓRIA DOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS....................................................................................................................... 17 A inovação de Tesla ........................................................................................................................................... 18 CIRCUITOS ELECTRÓNICOS ........................................................................................................................................ 20 Por que a CA é usada em circuitos electrónicos? .............................................................................................. 21 MICROCONTROLADORES ...................................................................................................................................... 22 O QUE É UM MICROCONTROLADOR? ........................................................................................................................... 22 USAR MICROCONTROLADORES................................................................................................................................... 25 MICROPROCESSADORES ....................................................................................................................................... 25 A EVOLUÇÃO DOS MICROPROCESSADORES ................................................................................................................. 25 UM POUCO DE HISTÓRIA ............................................................................................................................................ 26 A LÓGICA DO MICROPROCESSADOR ............................................................................................................................ 29 A MEMÓRIA DO MICROPROCESSADOR ......................................................................................................................... 31 COMO FUNCIONAM AS WEBCAMS ....................................................................................................................... 32 W EBCAM EM REDE .................................................................................................................................................... 33 SISTEMAS DE CONTROLO ...................................................................................................................................... 34 SISTEMA DE MALHA FECHADA/ REALIMENTADO: ......................................................................................................... 35 Sensores ............................................................................................................................................................. 36 Sensores passivos .......................................................................................................................................................... 37 Sensores de feixe estreito .......................................................................................................................................... 37 Sensores omnidireccionais ......................................................................................................................................... 38 Página 1 de 64
  • 3. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Sensores activos ............................................................................................................................................................. 38 Transdutores ....................................................................................................................................................... 38 Transdutores activos e passivos ..................................................................................................................................... 38 Exemplos de transdutores: Altifalante; antena; célula fotovoltaica; dínamo; gerador; lâmpada; microfone; motor; termómetro; extensímetro; .............................................................................................................................................. 39 SISTEMA DE MALHA ABERTA: ..................................................................................................................................... 39 Cabo ................................................................................................................................................................... 40 Infravermelhos .................................................................................................................................................... 40 Controlos remotos ........................................................................................................................................................... 41 O processo de controlo remoto IV................................................................................................................................... 42 Radiofrequência .................................................................................................................................................. 43 O transmissor .................................................................................................................................................................. 44 Transmissor simples ................................................................................................................................................... 45 Transmissão da informação........................................................................................................................................ 46 Recepção de um sinal..................................................................................................................................................... 47 A Antena ......................................................................................................................................................................... 48 Funcionamento de todo o processo ................................................................................................................................ 48 Bluetooth ............................................................................................................................................................. 49 Funcionamento do bluetooth ........................................................................................................................................... 50 Piconets .......................................................................................................................................................................... 51 WiFi ..................................................................................................................................................................... 51 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................................................... 55 ANEXOS .................................................................................................................................................................... 57 Página 2 de 64
  • 4. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 História da Robótica uando se fala em robótica, automaticamente se associa o termo robô; Q O conceito de robô nasce dos inícios da história, quando os mitos faziam referência a mecanismos que ganhavam vida; Começando na civilização grega, os primeiros modelos de robô encontrados eram figuras com aparência humana e/ou animais, que usavam sistemas de pesos e bombas pneumáticas mas que não tinham nenhuma necessidade prática ou económica, nem nenhum sistema complexo de produtividade que exigisse a existência deste tipo de aparelhos. Mais tarde, cientistas árabes acrescentaram um importante e novo conceito à ideia tradicional de robô, concentrando as suas pesquisas no objectivo de atribuir funções aos robôs que fossem ao encontro das necessidades humanas. A fusão da ideia de robôs e a sua possível utilização prática marcou o início de uma nova era. Em 1495, Leonardo DaVinci abriu caminho a uma maior aproximação ao complexo mundo dos robôs ao desenvolver uma extensiva investigação no domínio da anatomia humana que permitiu o alargamento de conhecimentos para a criação de articulações mecânicas. Como resultado deste estudo, surgiram diversos exemplares de bonecos que moviam as mãos, os olhos e as pernas, e que conseguiam realizar acções simples como escrever ou tocar alguns instrumentos. O desenvolvimento inicial dos robôs baseou-se no esforço de automatizar as operações industriais, o qual começou no século XVIII, na indústria têxtil, com o aparecimento dos primeiros teares mecânicos. Com o contínuo progresso da revolução industrial, as fábricas procuraram equipar-se com máquinas capazes de realizar e reproduzir, automaticamente, determinadas tarefas. Em 1738, foi criado o primeiro robô funcional por Jacques de Vaucanson, que fez um andróide que tocava flauta, assim como um pato mecânico que comia e defecava. Página 3 de 64
  • 5. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Em 1898, foi exibido, no Madison Square Garden, o barco teleoperado inventado por Nikola Tesla, e que segundo as definições modernas, muitos consideram ser o primeiro robô. Em 1922, a palavra robô foi utilizada pela primeira vez numa peça de teatro criada pelo checoslovaco Karel Capek mas quem realmente a inventou foi o seu irmão, Josef Capek, sendo que a sua origem vem da palavra checa robota que significa “trabalho forçado”. Nos anos 30, a então denominada Westinghouse Electric Corporation fez um robot humanóide conhecido como Elektro e que foi exibido no Worlds Fair de 1939 e 1940. Em 1942, foi enunciado pela primeira vez o termo “robótica” pelo cientista e escritor Isaac Asimov, numa pequena história intitulada "Runaround". Asimov também publicou uma compilação de pequenas histórias, em 1950, intitulada "I Robot" em que propôs a existência de três leis aplicáveis à robótica, às quais acrescentou, mais tarde, a lei zero. As leis propostas são:  1ª Lei: Um robot não pode ferir um ser humano ou, por omissão, permitir que um ser humano sofra algum mal.  2ª Lei: Um robot deve obedecer as ordens que lhe sejam dadas por seres humanos, excepto nos casos em que tais ordens contrariem a Primeira Lei.  3ª Lei: Um robot deve proteger sua própria existência desde que tal protecção não entre em conflito com a Primeira e Segunda Leis.  Lei Zero: Um robot não pode fazer mal à humanidade e nem, por inacção, permitir que ela sofra algum mal. Contudo, actualmente, estas leis são entendidas numa perspectiva puramente ficcional, pois no tempo em que foram escritas não se imaginava o desenvolvimento vertiginoso que iria ocorrer nesta área. Página 4 de 64
  • 6. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Em 1948, Grey Walter, da Universidade de Bristol, criou o primeiro robot autónomo electrónico. O primeiro robot industrial foi o Unimates, desenvolvido por George Devol e Joe Engleberger, no final da década de 50, início da década de 60 (1961). Engleberger, por sua vez, pela construção do primeiro robot comercial foi apelidado de "Pai da robótica". No final da década de 60 (1970), foi desenvolvido um modelo experimental chamado Shakey, desenhado para pesquisas em Standford. Actualmente, robots como o Shakey continuam a ser utilizados, particularmente com intuitos de pesquisa, mas, no futuro, estes computadores podem vir a ser utilizados como veículos de reconversão ambiental. Robôs, para quê? obótica é a ciência ou estudo da tecnologia associado a projecto, fabrico, teoria e R aplicação dos robôs. Hoje em dia e graças ao desenvolvimento do conhecimento em variados níveis, vivemos uma vida muito mais facilitada face a tempos antigos devido a criação de robôs que substituem o homem em trabalhos mais pesados e perigosos. No fundo o objectivo desta área era exactamente esse, conseguir criar um automatismo programado de forma a realizar acções o máximo idênticas ao ser humano sendo esta uma das vantagens da presença da robótica nos dias de hoje. Esta área requer conhecimentos sobre electrónica, mecânica e software. Página 5 de 64
  • 7. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 A parte mecânica requer conhecimentos sobre cinemática, pneumática, hidráulica e a parte electrónica e de programação, conhecimentos sobre o tipo de unidade processadora a ser utilizada, que podem ser microcontroladores ou CLPs. O processo padrão de criação de robôs começa pela exploração dos sensores, algoritmos e actuadores que serão requeridos para o projecto. Algumas ideias como a relação entre o peso do robô e a sua fonte de alimentação primária também são decisivas para o projecto. Após a base mecânica estar montada, os sensores e as outras entradas e saídas do robô são conectadas a um dispositivo que tomará as decisões, sendo mais comum o uso de um microcontrolador como unidade de processamento. Este circuito avalia os sinais de entrada e calcula a resposta apropriada para cada combinação, enviando sinais aos actuadores de modo a causar uma acção ou reacção. s robôs são utilizados para realizar trabalhos que são muitos pesados, sujos ou O perigosos para os seres humanos. Os robôs industriais nas linhas de produção são a forma mais comum de robôs, contudo à medida que o tempo passa esta ideia tem vindo a ser alterada recentemente com o desenvolvimento das tecnologias e do conhecimento em geral. Outro tipo de aplicações inclui a limpeza de lixo tóxico, exploração subaquática e espacial, cirurgias, mineração, busca e regaste e a busca de minas terrestres. Os robôs também estão a surgir nas áreas de cuidados de saúde e entretenimento. Os manipuladores industriais possuem capacidades de movimento similares ao braço humano e são os mais habitualmente utilizados na indústria. As aplicações incluem soldagem, pintura e carregamento de máquinas. A indústria autómata é um dos campos que mais utiliza esta tecnologia, onde os robôs são programados para substituir a mão-de-obra humana em trabalhos repetitivos ou perigosos. Página 6 de 64
  • 8. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 A adopção generalizada deste tipo de tecnologia, entretanto, foi atrasada devido à possibilidade de aquisição de funcionários baratos relativamente aos requisitos de capital dos robôs. Outra forma de robôs industriais é o AGVs (Veículos Guiados Automaticamente). Os AGVs são utilizados em armazéns, hospitais, laboratórios, instalações de servidores, e outras aplicações onde o risco, confiança e segurança são factores importantes. Da mesma forma, a utilização de patrulhas de robôs seguranças têm vindo a aparecer bem como parte de alguns prédios automatizados. No começo do século XXI, os robôs domésticos começaram a surgir no Japão onde terá sido bem sucedido investimento uma vez que foram vendidos milhares de robôs. Eram também utilizados nos lares japoneses. Existem expectativas no Japão de que os cuidados caseiros para a terceira idade podem melhor desempenhados através da robótica. No Brasil, por incentivo de políticas públicas, foi fundada uma indústria de robôs denominada ARMTEC Tecnologia em Robótica, que desde 2004 vem criando robôs bombeiros, ROVs, de avaliação de pavimentos entre outros. Enquanto a tecnologia robótica obteve um certo grau de maturidade, o impacto social destes robôs é largamente desconhecido. O campo dos robôs sociais está a emergir e investiga as relações entre os robôs e os humanos. Um ludobot é um exemplo de um robô social dedicado ao entretenimento e companhia. Os robôs também são habitualmente utilizados como uma forma de Arte de Alta Tecnologia. Página 7 de 64
  • 9. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Inteligência Artificial inteligência Artificial (IA) é um ramo da ciência da computação que se propõe a A elaborar dispositivos que simulem a capacidade humana de raciocinar, perceber, tomar decisões e resolver problemas, enfim, a capacidade de ser inteligente. Existente há décadas, esta área da ciência é grandemente impulsionada com o rápido desenvolvimento da informática e da computação, permitindo que novos elementos sejam rapidamente agregados à IA. Iniciada dos anos 1940, a pesquisa em torno desta incipiente ciência eram desenvolvidas apenas para procurar encontrar novas funcionalidades para o computador, ainda em projecto. Com o advento da Segunda Guerra Mundial, surgiu também a necessidade de desenvolver a tecnologia para impulsionar a indústria bélica. Com o passar do tempo, surgem várias linhas de estudo da IA, uma delas é a biológica, que estuda o desenvolvimento de conceitos que pretendiam imitar as redes neurais humanas. Na verdade, é nos anos 60 em que esta ciência recebe a alcunha de Inteligência Artificial e os pesquisadores da linha biológica acreditavam ser possível máquinas realizarem tarefas humanas complexas, como raciocinar. Depois de um período negro, os estudos sobre redes neurais volta à tona nos anos 1980, mas é nos anos de 1990 que ela tem um grande impulso, consolidando-a verdadeiramente como a base dos estudos da IA. Página 8 de 64
  • 10. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 IA na vida real Hoje em dia, são várias as aplicações na vida real da Inteligência Artificial: jogos, programas de computador, aplicativos de segurança para sistemas informacionais, robótica (robôs auxiliares), dispositivos para reconhecimentos de escrita a mão e reconhecimento de voz, programas de diagnósticos médicos e muito mais. IA na ficção Um tema bastante recorrente em histórias de ficção científica, a Inteligência Artificial está presente em livros, desenhos animados e filmes. Um autor de grande destaque nesta área é o russo Isaac Asimov, autor de histórias de sucesso como O Homem Bicentenário e Eu, Robô. Ambas receberam adaptação para o cinema. Outra história que caiu nas graças do público foi AI: Inteligência Artificial, dirigido por Steven Spielberg. Porém, nem tudo são flores na visão daqueles que levam a IA para a ficção. Filmes como 2001: Uma Odisséia no Espaço, dirigido por Stanley Kubrick, Matrix, de Andy e Larry Wachowski, e Exterminador do Futuro, dirigido por James Cameron, mostram como a humanidade pode ser subjugada por máquinas que conseguem pensar como o ser humano e ser mais frias e indiferentes a vida do que seus semelhantes de carne e osso. A controvérsia Baseando-se em histórias fictícias como as citadas anteriormente, não é difícil imaginar o caos que poderá ser causado por seres de metal, com um enorme poder físico e de raciocínio, Página 9 de 64
  • 11. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 agindo independentemente da vontade humana. Guerras desleais, escravidão e até mesmo a extinção da humanidade estão no rol das conseqüências da IA. Por outro lado, robôs inteligentes podem ser de grande utilidade na medicina, diminuindo o número de erros médicos, na exploração de outros planetas, no resgate de pessoas soterradas por escombros, além de sistemas inteligentes para resolver cálculos e realizar pesquisas que poderão encontrar cura de doenças. Como pode ser notado, a Inteligência Artificial é um tema complexo e bastante controverso. São diversos os pontos a favor e contra e cada lado tem razão em suas afirmações. Cabe a nós esperar que, independentes dos rumos que os estudos sobre IA tomem, eles sejam guiados pela ética e pelo bom senso. Perante isto, há uma grande ligação entre a robótica, mais propriamente a construção do robô, e a inteligência artificial: Inteligência Artificial Programação Resolução de problemas Robôs com inteligência artificial Uma nova modalidade de comunicação está a tornar-se realidade dentro da Internet. A conversa entre seres humanos e robôs virtuais já é possível através dos recursos da Inteligência Artificial. Programados para conversar sobre os mais diversos assuntos, esses robôs, também conhecidos como chatterbots (chat = conversa, bot = robô feito de software), são na verdade programas sofisticados de computador que conseguem entender e responder coerentemente as frases e perguntas dos usuários como se fossem pessoas. Durante milhões de anos de evolução do cérebro humano, a capacidade de comunicação social através da linguagem foi bastante aperfeiçoada e esta é uma característica geralmente não encontrada em máquinas ou computadores. Página 10 de 64
  • 12. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 A interface ideal de comunicação entre homem e máquina deveria ser similar à forma de comunicação entre seres humanos, ou seja, através da linguagem natural. A tecnologia já está a evoluir para que no futuro possamos dizer “Computador, copie para uma disquete o texto que acabei de escrever”. Mas podem as máquinas pensar? Esta é a famosa pergunta feita em 1950 por Alan Turing, um dos pais da computação moderna. Turing acreditava que a própria pergunta pode levar a novas definições das palavras “máquina” e “pensar”, propondo também novas definições de inteligência. Ele propôs um teste chamado “Teste de Turing” onde uma pessoa conversava escrevendo através de dois terminais com um computador e com um outro humano. Caso esta pessoa não conseguisse, depois de alguns minutos, descobrir qual dos dois interlocutores era a máquina e qual era o humano, então a máquina do outro lado poderia ser considerada como sendo inteligente. O primeiro experimento feito para tentar realizar o “Teste de Turing” foi chamado de Eliza, um programa criado em 1966 pelo pesquisador Joseph Weizenbaum, do MIT, que simulava uma psicóloga virtual usando trechos das frases dos usuários para compor as respostas e estimulava o “paciente” a aprofundar-se cada vez mais nos detalhes dos seus problemas. Exemplo de diálogo com a Eliza: Eliza: Olá, conte-me o seu problema. Usuário: Eu não me relaciono bem com as outras pessoas. Eliza: E por que acha que não se relaciona bem com as outras pessoas? Usuário: Pois estou sempre sozinho. Eliza: Desde quando se sente sempre sozinho? Usuário: Desde a época da escola. Eliza: Por favor, fale-me mais sobre a época da escola. Página 11 de 64
  • 13. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Usuário: Eu não tinha muitos amigos. Eliza: O que poderia fazer agora para ter muitos amigos? Hoje em dia os robôs evoluíram e conseguem ter recursos como memória, manter contexto durante a conversa, criar respostas de diversas bases de dados, compreender marcas e abreviações utilizadas oralmente, responder em diversos tipos de línguas e até ficar horas a conversar sem repetir as respostas, com dezenas ou centenas de usuários ao mesmo tempo. Ainda existem muitas limitações nas questões relacionadas à Inteligência Artificial. Uma das limitações é o próprio desconhecimento que temos sobre os mecanismos da inteligência natural humana, seja dos processos cerebrais ou dos processos mentais e da consciência. À medida que descobrimos mais sobre os mecanismos humanos de inteligência, mais conseguimos simular e reproduzir seu funcionamento nos computadores. Ainda não se sabe quais são os limites dessa capacidade de simulação, pois o cérebro possui estruturas completamente diferentes e de complexidade muito maior do que os computadores actuais. A maior limitação actual da Inteligência Artificial é não conseguir realizar tarefas que não podem ser expressas por modelos matemáticos ou lógicos, como tarefas que requerem intuição ou capacidade de relacionar informações aparentemente sem conexão. Um dos desafios é fazer com que o computador, que é uma máquina que geralmente atende somente a comandos específicos, possa realmente entender e responder a frases no nosso tipo de linguagem. E existe o problema que a linguagem humana não é exacta como a linguagem da máquina. Por exemplo as perguntas “Qual é o seu nome?” ou “Como se chama?” são sintacticamente distintas mas possuem o significado idêntico. Este é um dos problemas da linguística computacional e para resolvê-lo foi preciso criar um processador sintáctico (que trata da sintaxe das palavras) e um analisador semântico (que trata do significado da frase). Através de uma técnica conhecida como “Processamento de Linguagem Natural”, aliada a uma gigantesca base de conhecimento sobre assuntos do mundo real, os chatterbots actuais Página 12 de 64
  • 14. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 podem ser utilizados para entretenimento, suporte online, portais corporativos, jogos, projectos educacionais, culturais, call centers e auxílio no ensino à distância. A aplicação depende apenas do conteúdo criado por redactores e programadores que ensinam o personagem formando a base de conhecimento. Entre os benefícios que um chatterbot proporciona, destacam-se: Baixo custo com funcionários reais, permitindo que estes se possam concentrar em tarefas mais produtivas; Facilidades para os visitantes de um site encontrarem informações (basta perguntar, ao invés de precisar navegar por todo o site e ler grandes quantidades de texto); A navegação torna-se mais excitante, estimulando os visitantes a conhecerem melhor outras áreas do site. Ao tornar a informação mais amigável e acessível, proporciona mais conforto ao internauta. A inteligência artificial associada à programação permite a criação da estrutura interna (softwares) de um robô que assim lhe possibilita a resolução de problemas. Daí a caracterização do sistema de um robô ser um sistema Input - Output. Com a conciliação dos conceitos anteriormente referidos para se conseguir dar ao robô a informação necessária ao robô, este, na sua fase final apresenta-se a desenvolver e relacionar toda a informação que lhe foi fornecida na fase de programação sendo que esta pode ter variadíssimas maneiras de ser feita bem como linguagens distintas e específicas também diferentes. Para além destes dois parâmetros, se assim lhe pudermos chamar, entram também outros conceitos na construção do nosso instrumento: Electrónica, cibernética e mecânica. Depois de todas estas áreas desenvolvidas e devidamente aplicadas obtemos o produto final ,um robô que consiga ser-nos útil. A criação de um robô deverá seguir a seguinte planificação:  Estudo do problema; Página 13 de 64
  • 15. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011  Planeamento da execução;  Pesquisa e aquisição de material;  Concepção do projecto;  Produção Circuitos Como funcionam os circuitos Os circuitos assemelham-se muito com o corpo humano, mais propriamente com os vasos sanguíneos. Os vasos sanguíneos transportam o sangue pelo corpo, enquanto que os fios de um circuitos eléctrico carrega a corrente eléctrica de um sistema eléctrico. O coração é a bomba que impulsa o sangue pelo corpo todo, Ele gera a força ou a pressão necessária para que o sangue circule. Semelhante com uma bateria ou um gerador, que cria a voltagem, a força que distribui a corrente pelo circuito. Tome-mos como exemplo um circuito simples de uma lanterna. Dentro desta existem dois fios, para que os electrões façam o seu trabalho e produzam luz, é preciso que exista um circuito fechado permitindo que eles cheguem à lâmpada e continuem a circular entre a pilha e a lâmpada. No caso de o interruptor estar desligado, a lâmpada não se liga porque o circuito é interrompido. Uma pilha de lanterna comum produz 1,5 V, na voltagem padrão de uma residência, 110 V ou 220 V. A corrente eléctrica, ou fluxo de electrões, é medida em amperes (A). A energia eléctrica surge como produto da força eléctrica (em volts) vezes a corrente (em amperes) e é medida Página 14 de 64
  • 16. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 em watts (W). Uma bateria que gere 1,5 V e produza fluxo de corrente de 1 A para a lâmpada produz 1,5 V x 1 A = 1,5 W de energia eléctrica. A dimensão da resistência depende do material, diâmetro e comprimento do fio. A resistência aumenta na proporção em que o diâmetro do fio se reduz. A resistência é medida em ohms (Ω). A lei de Ohm relaciona voltagem, corrente e resistência. Resistência (Ω) = Voltagem (V) / Corrente (I) A Lei de Ohm pode ser expressa como R = V/I Os circuitos podem ser imensos sistemas de energia transmitindo megawatts de energia em percursos de milhares de quilómetros ou minúsculos chips microelectrónicos contendo milhões de transístores. A extraordinária miniaturização dos circuitos electrónicos tornou possíveis os computadores portáteis. A nova fronteira são os circuitos nanoeletrónicos, cujas dimensões serão medidas em nanómetros (bilionésimos de metro). Tipos básicos de circuitos eléctricos:  Circuitos de força - transferem e controlam grandes volumes de electricidade. As linhas de energia e os sistemas de cabos eléctricos que abastecem casas e empresas servem como exemplo. Os componentes mais importantes dos circuitos de força são geradores, sistemas de iluminação, motores, sistemas de aquecimento ou electrodomésticos.  Circuitos electrónicos - processam e transmitem informações. Por exemplo: computadores, rádios, televisões, radares e telemóveis. Os circuitos eléctricos são formados por fios e outros componentes como lâmpadas, transístores, chips e motores. Os fios, feitos de metais conhecidos como condutores, que apresentam baixa resistência a correntes, conectam os componentes. Cobre e alumínio são os condutores mais comuns. O ouro, por sua resistência à corrosão, é bastante utilizado para conectar fios a pequenos chips electrónicos. Página 15 de 64
  • 17. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Em uma lâmpada incandescente, a corrente corre por um cabo fino de tungsténio ou um filamento metálico que oferece alta resistência ao fluxo da corrente. Quando os electrões colidem com átomos, a fricção (ou perda de energia cinética) gera calor. Caso a temperatura do filamento seja alta o bastante, ele começa a brilhar e a emitir luz. O processo é conhecido como incandescência. As temperaturas normais dos filamentos de lâmpadas são de cerca de 2.550 graus. Infelizmente, cerca de 90% a 95% da energia fornecida a uma lâmpada é desperdiçada em forma de calor, e não de luz, de modo que lâmpadas incandescentes são altamente ineficientes. A lâmpadas fluorescentes produzem luz com a passagem de electrões por um tubo cheio de vapor de mercúrio e gás néon ou argónio. À medida que os electrões colidem com os átomos de mercúrio, os electrões presentes nesses átomos absorvem parte de sua energia. Quando os electrões atingidos retornam ao seu estado normal, eles irradiam feixes de energia luminosa chamados fotões. As lâmpadas fluorescentes são quatro ou cinco vezes mais eficientes do que as incandescentes. Tipos de circuitos Um circuito fechado tem um percurso completo para o fluxo da corrente. Um circuito aberto não tem, o que significa que ele não funciona. Tome-mos como exemplo para um circuito aberto uma porta ou portão aberto pelo qual a corrente pode fluir. E, quando fechado, ele seria como uma porta fechada pela qual a corrente não fluiria. Na verdade, o que acontece é o oposto. Um curto-circuito é um percurso de menor resistência (normalmente realizado de maneira não intencional) que contorna parte do circuito. Isso pode acontecer quando dois fios desencapados se tocam num circuito. A parte do circuito que a corrente não percorre devido ao curto-circuito deixa de funcionar, e uma corrente intensa começa a fluir. Isso pode gerar alto aquecimento dos fios e causar incêndio. Como medida de segurança, fusíveis e disjuntores abrem o circuito automaticamente quando a corrente é excessiva. A voltagem total em acção no circuito é a soma das voltagens em cada componente e a resistência total é a soma das resistências de todo os componentes. Num circuito como esse, V Página 16 de 64
  • 18. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 = V1+V2+V3 e R = R1+R2+R3. Por exemplo nas luzes de natal caso qualquer das lâmpadas queime, não existirá fluxo de corrente e nenhuma das lâmpadas se acenderá. Circuitos paralelos são como os vasos sanguíneos de pequeno porte que saem de uma artéria e se conectam a uma veia para devolver sangue ao coração. Imagine dois fios, cada um dos quais representando uma artéria e uma veia, com alguns fios menores que os conectam. Os fios menores terão a mesma voltagem, mas fluxos diferentes de corrente fluindo por eles, irão depender da resistência de cada fio. Um exemplo de circuito paralelo é o sistema eléctrico de uma casa. Uma única fonte de energia eléctrica fornece a mesma voltagem a todas as luzes e electrodomésticos. Caso uma das lâmpadas se queime, a corrente pode continuar fluindo pelas demais luzes e electrodomésticos. No entanto, caso aconteça um curto-circuito, a voltagem cai a quase zero e o sistema inteiro cai. História dos circuitos eléctricos As primeiras investigações sobre a electricidade estática aconteceram a séculos atrás. A electricidade estática é a transferência de electrões produzida pela fricção, como quando a pessoa esfrega um balão de borracha na própria roupa. Uma faísca ou fluxo de corrente de duração muito curta pode ocorrer quando objectos portadores de carga entram em contacto, mas não existe fluxo eléctrico contínuo. Na ausência de uma corrente contínua, não pode existir aplicação útil da electricidade. A invenção da bateria - capaz de produzir um fluxo contínuo de corrente - tornou possível o desenvolvimento dos primeiros circuitos eléctricos. Alessandro Volta inventou a primeira bateria, a pilha voltaica, em 1800. Os primeiros circuitos utilizavam uma bateria e eléctrodos imersos em um recipiente cheio de água. O fluxo da corrente pela água produzia hidrogénio e oxigénio. A primeira aplicação ampla dos circuitos eléctricos para uso prático foi a iluminação eléctrica. Pouco depois que Thomas Edison inventou a lâmpada incandescente, ele procurou aplicações Página 17 de 64
  • 19. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 práticas para o produto por meio do desenvolvimento de um sistema completo de geração e distribuição de energia. O primeiro sistema desse tipo nos Estados Unidos foi a Pearl Street Station, no centro de Manhattan, que fornecia electricidade para alguns quarteirões de Nova York, primordialmente para iluminação. Uma das classificações dos circuitos tem a ver com a natureza do fluxo da corrente. Os circuitos mais antigos eram accionados a bateria, ou seja, por uma corrente constante que fluía sempre na mesma direcção. Esse é o sistema de corrente contínuo, ou CC. O uso da corrente contínua manteve-se no período inicial de desenvolvimento dos circuitos eléctricos. Um grande problema do sistema CC é que as estações de energia só podiam servir a uma área de cerca de 2,5 km2, devido à perda de energia na transmissão. Em 1883, engenheiros se propuseram a aproveitar o grande potencial de energia hidreléctrica das Cataratas de Niágara, a fim de atender às necessidades de energia da cidade de Buffalo, no Estado de Nova York. Ainda que a energia gerada no local posteriormente viesse a abastecer também a cidade de Nova York e pontos ainda mais distantes, inicialmente havia um problema de distância. Buffalo ficava a apenas 25 quilómetros das quedas dágua, mas a ideia não era praticável até que Nikola Tesla a viabilizasse. A inovação de Tesla O engenheiro Nikola Tesla, ajudado por trabalhos teóricos de Charles Proteus Steinmetz, desenvolveu a ideia da corrente alternada, ou CA. Ao contrário da corrente contínua, a CA está sempre a mudar e reverte a sua direcção repetidamente. Como a CA se tornou a resposta para o problema da transmissão de energia a distâncias maiores? Com a CA, é possível utilizar transformadores para modificar os níveis de voltagem num circuito. Os transformadores operam sob o princípio da indução magnética, que requer um campo magnético produzido pela corrente alternada. Com os transformadores, as voltagens podem ser intensificadas para transmissão de energia em longa distância. Na ponta receptora, o nível de voltagem pode ser reduzido a patamares mais seguros, como 110 V ou 220 V, para uso residencial e empresarial. Página 18 de 64
  • 20. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 É preciso voltagens elevadas para que a energia percorra longas distâncias porque a resistência dos fios causa perda de energia. Os electrões que colidem com átomos perdem energia em forma de calor à medida que viajam. Essa perda de energia é proporcional ao quadrado da corrente que se move pelo fio. Para medir o volume de energia que uma linha transmite, multiplica-se a voltagem pela corrente. Essas duas ideias podem ser expressas por meio de uma equação na qual I representa corrente, V representa voltagem e P representa potência: (P = V? I) Consideremos como exemplo a transmissão de um megawatt. Caso elevemos a voltagem de 100 V para 10.000 V, podemos reduzir a corrente de 10.000 A para 100 A. Isso reduzirá a perda de potência por (100)2, ou 10.000. Foi esse o conceito desenvolvido por Tesla e essa ideia tornou realidade a transmissão de energia das Cataratas de Niágara a Buffalo e, por fim, à cidade de Nova York. Nos Estados Unidos e em muitos outros países, a frequência padrão para a energia em CA é de 60 ciclos por segundo, ou 60 hertz (Hz). Isso significa que 60 vezes por segundo um ciclo completo da corrente flui em uma direcção e então na direcção oposta. A corrente flui em uma direcção por 1/120 de segundo e depois na direcção oposta por mais 1/120 de segundo. O tempo que um ciclo demora a ser completado é denominado período, no caso 1/60 de segundo. Na Europa e outras regiões, a frequência padrão da CA é de 50 Hz. Edison x Tesla Thomas Edison era um inventor brilhante e intuitivo. No entanto, a sua educação formal limitada, especialmente em matemática, impedia-o de compreender verdadeiramente a teoria da electricidade em CA. Ele compreendia bem o sistema CC, mas a corrente alternada, estranhamente, parecia estar além de sua compreensão. Edison opôs-se vigorosamente à ideia de usar CA na transmissão de energia a longa distância, mas a corrente alternada gradualmente substituiu a contínua como forma básica de transmissão de energia. Página 19 de 64
  • 21. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Circuitos electrónicos precisam de CA e CC ao mesmo tempo Circuitos electrónicos Um chip é uma pequena peça de silício, geralmente com cerca de um 1 cm 2. Um chip pode ser um único transístor (peça de silício que amplifica sinais eléctricos ou serve como comutador liga/desliga para uso em computadores). Ele também pode ser um circuito integrado, composto por muitos transístores interconectados. Os chips ficam abrigados no interior de um invólucro de plástico ou cerâmica conhecido como pacote. Às vezes, as pessoas se referem a todo o pacote pelo nome chip, mas o chip na verdade é o que fica dentro do pacote. Existem dois tipos básicos de circuito integrado (CI): monolítico ou híbrido. Os CI monolíticos incluem todo o circuito em um único chip de silício. Podem variar em complexidade de apenas alguns transístores a milhões de transístores em um chip microprocessador para computadores. Um CI híbrido é um circuito com diversos chips encapsulados no mesmo pacote. Os chips em CI híbrido podem ser uma combinação de transístores, resistores e chips CI monolíticos. A revolução dos CI: microelectrónica Nos dias iniciais dos circuitos electrónicos, componentes como tubos de vácuo e transístores eram aparelhos individuais montados em um chassi metálico ou em placas de circuito impresso. Mas, em 1959, dois pesquisadores, Jack Kilby, da Texas Instruments, e Robert Noyce, da Fairchild Semicondutor (que trabalhavam independentemente) deram início à revolução da microelectrónica ao desenvolver o primeiro circuito integrado. Eles descobriram como combinar ou integrar diversos transístores e resistores, e como conectá-los para formar um circuito, tudo isso na mesma pequena peça de silício. Hoje, sistemas electrónicos muito complexos - como microprocessadores que contêm milhões de transístores - podem se encaixar em uma peça de silício de 6 cm 2. São esses circuitos integrados que tornam possíveis os computadores modernos. Página 20 de 64
  • 22. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Uma placa de circuito impresso, ou PCB, serve de base ao circuito electrónico. A PCB e seus componentes compõem uma placa montada de circuito impresso, ou PCBA. Uma PCB de múltiplas camadas pode conter até 10 PCB empilhadas. Condutores de cobre electrificados que passam por orifícios conhecidos como vias conectam as PCB individuais e elas formam um circuito electrónico tridimensional. O mais importante elemento em um circuito electrónico são os transístores. Os díodos são pequenas peças de silício que agem como válvulas permitindo fluxo de corrente em apenas uma direcção. Outros componentes electrónicos são elementos passivos, como os resistores. Os circuitos microelectrónicos raramente empregam indutores, mas eles são bastante comuns em circuitos de energia de maior porte. A maior parte dos circuitos é projectada por meio de programas de design assistido por computador, ou CAD. Muitos dos circuitos usados em computadores digitais são extremamente complexos e utilizam milhões de transístores, de modo que o CAD é a única maneira prática de projectá-los. O projectista do circuito começa com uma especificação geral de seu funcionamento e o programa CAD propõe um padrão complexo de interconexões. Quando o padrão metálico de interconexão é gravado em uma PCB ou chip de CI, uma camada de protecção resistente à gravação é usada para definir o padrão do circuito. O metal exposto é recoberto pela gravação química, o que deixa na placa apenas o padrão de metal que conecta os diferentes componentes. Por que a CA é usada em circuitos electrónicos? Em circuitos electrónicos, as distâncias são muito pequenas, então por que usar CA? Primeiro, as correntes e voltagens desses circuitos representam fenómenos constantemente mutáveis, de modo que as representações eléctricas, ou análogas, também mudam constantemente. A segunda razão é que as ondas de rádio (como as usadas em televisões, fornos de microondas e telemóveis) são sinais de CA em alta frequência. As frequências usadas em todos os tipos de comunicação sem fio vêm avançando firmemente ao longo dos anos, da banda dos kilohertz (kHz), nos dias iniciais do rádio, para a dos megahertz (mHz) e gigahertz (gHz) de hoje. Página 21 de 64
  • 23. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Os circuitos electrónicos usam CC para fornecer energia aos transístores e outros componentes dos sistemas electrónicos. Um circuito rectificador converte a energia CA em CC, reduzindo a voltagem elevada do sistema CA. Microcontroladores Os microcontroladores estão escondidos dentro de inúmeros produtos actualmente. Se um forno de microondas tem um LED ou visor LCD e teclado, ele contém um microcontrolador. Todos os automóveis modernos contêm pelo menos um microcontrolador (e podem ter até 6 ou 7): o motor é controlado por um microcontrolador, bem como os freios anti-travamento o controle de velocidade de viagem e assim por diante. A maioria dos aparelhos com controle remoto contém um microcontrolador: TVs, VCRs e sistemas de som de alta fidelidade entram nesta categoria. Além disso, também têm microcontroladores: câmaras SLR e câmaras, telemóveis, impressoras a laser, telefones (as que possuem identificador de chamadas, memória para 20 números, etc.), pagers, além de refrigeradores, lava-louças, lavadoras de roupas e secadoras (os que possuem visores e teclados). Basicamente, qualquer produto ou dispositivo que interaja com o usuário possui um microcontrolador interno. O que é um microcontrolador? Um microcontrolador é um computador. Todos os computadores (independentemente de ser um computador de mesa (desktop), um grande mainframe ou um microcontrolador) possuem várias características em comum:  Todos os computadores possuem uma CPU (unidade de processamento central) que executa programas.  A CPU carrega o programa de algum lugar. Em um computador de mesa, o programa de navegação é carregado a partir do disco rígido; Página 22 de 64
  • 24. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011  O computador possui memória RAM (memória de acesso aleatório) onde ele pode armazenar "variáveis";  O computador também tem alguns dispositivos de entrada e saída para interagir com as pessoas. Em um computador de mesa, o teclado e rato são dispositivos de entrada e o monitor e impressora são dispositivos de saída. O disco rígido é um dispositivo de E/S: ele manipula tanto a entrada como a saída. Um computador de mesa é um computador de propósito geral que pode executar milhares de programas diferentes. Os microcontroladores são computadores de propósito específico. Existem outras características que definem os microcontroladores e se um computador combinar a maioria delas, pode ser chamado de "microcontrolador".  Eles são "embutidos" no interior de algum outro dispositivo (geralmente um produto comercializado) para que possam controlar as funções ou acções do produto. Um outro nome para o microcontrolador, portanto, é controlador embutido.  Os microcontroladores são dedicados e executam um programa específico. O programa é armazenado na memória ROM (memória apenas de leitura) e geralmente não muda.  Microcontroladores geralmente são dispositivos de baixa potência. Um computador de mesa é quase sempre ligado na tomada e pode consumir 50 watts de electricidade. Um microcontrolador alimentado por bateria pode consumir 50 miliwatts.  Um microcontrolador possui um dispositivo dedicado de entrada (mas nem sempre) e geralmente possui um pequeno LED ou visor LCD de saída. Um microcontrolador também obtém a entrada do dispositivo que está controlando e o controla enviando sinais a diferentes componentes desse dispositivo. Por exemplo, o microcontrolador de uma TV obtém a entrada a partir do controle remoto e exibe a saída na tela da TV. O controlador controla o selector de canais, o sistema de alto-falantes determinados ajustes nos componentes electrónicos do tubo de imagem (como saturação e brilho, por exemplo). A unidade de controle de motor em um carro obtém a entrada a partir de sensores como os sensores de oxigénio e detonação e controla a mistura de combustível e temporização das velas, por exemplo. Um microcontrolador geralmente é pequeno e barato. Os componentes são escolhidos para minimizar o tamanho e serem os mais económicos possíveis. Página 23 de 64
  • 25. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011  Um microcontrolador geralmente é feito para ser mais robusto de alguma forma. O microcontrolador que controla um motor de carro, por exemplo, tem que trabalhar em temperaturas extremas que um computador normalmente não suporta. Um microcontrolador de carro no Alaska tem que funcionar bem em temperaturas de - 34ºC, enquanto o mesmo microcontrolador no Rio de Janeiro pode ter de operar a 42ºC. Quando se adiciona o calor que é gerado naturalmente pelo motor, a temperatura pode atingir de 65 a 80ºC no compartimento do motor. Por outro lado, um microcontrolador embutido dentro de um VCR não precisa ser tão resistente assim. O processador em si, usado para implementar um microcontrolador pode variar amplamente. Por exemplo, um telemóvel, contém um processador Z-80. O Z-80 é um microprocessador de 8 bits desenvolvido nos anos 70 e originalmente usado em alguns computadores da época. Por exemplo o GPS Garmin contém uma versão de baixa potência do Intel 80386. O 80386 foi usado originalmente nos computadores de mesa. Em muitos produtos, como os fornos microondas por exemplo, a demanda sobre a CPU é bem baixa e o preço é um aspecto importante. Nesses casos, os fabricantes utilizam chips de microcontrolador dedicado: chip que foram projectados originalmente para serem CPUs económicas, pequenas, de baixo consumo e embutidas. O Motorola 6811 e o Intel 8051 (em inglês) são bons exemplos desses chips. Também existe uma linha de controladores populares chamados de "microcontroladores PIC" criados por uma empresa chamada Microchip. Nos padrões atuais, eles são incrivelmente minimalistas; mas extremamente económicos quando adquiridos em grandes quantidades e geralmente conseguem atender às necessidades de um projectista de dispositivos com apenas um chip. Um chip microcontrolador simples pode conter 1.000 bytes de ROM e 20 bytes de RAM no chip, juntamente com 8 pinos de E/S (Entrada e Saída). Em grandes quantidades, o custo desses chips pode ser ninharia. Certamente nunca executará o Microsoft Word em tal chip: o Microsoft Word requer talvez 30 megabytes de RAM e um processador que possa executar milhões de instruções por segundo. Por outro lado, também não precisa do Microsoft Word para controlar um forno microondas. Com um microcomputador, tem uma tarefa específica a ser executada e o baixo custo e o gasto de energia é o que é mais importante. Página 24 de 64
  • 26. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Usar microcontroladores O que se descobriu é que muitas portas podem ser necessárias para implementar dispositivos simples. Por exemplo, num relógio digital o relógio projectado pode conter 15 ou 20 chips. Uma das grandes vantagens de um microcontrolador é que o software (um pequeno programa que você escreve para ser executado no controlador) pode tomar o lugar de muitas portas. Microprocessadores O microprocessador é o coração de qualquer computador normal, seja um computador de mesa, seja um servidor, seja um portátil. Possivelmente a marca de seu processador é Intel ou AMD, e o tipo, Atom, Core 2 Duo, Celeron, Phenon, Turyon ou Athlon. Todos fazem praticamente a mesma coisa de maneira bastante semelhante. Um microprocessador (também conhecido como CPU ou unidade central de processamento) é uma máquina completa de computação embutida em um único chip. O primeiro microprocessador foi o Intel 4004, lançado em 1971. O i4004 não era muito poderoso, já que ele só podia somar e subtrair 4bits por vez. Mesmo assim, era incrível ver tudo isso em um único chip naquela época. Antes do 4004, os engenheiros construíram computadores com vários chips (transístores ligados um a um). O 4004 foi utilizado em uma das primeiras calculadoras electrónicas portáteis (que, na verdade eram um trambolhão). A evolução dos microprocessadores O primeiro microprocessador utilizado num computador pessoal foi o Intel 8080. Era um computador de 8 bits completo dentro de um chip e foi lançado em 1974; mas o primeiro microprocessador que se tornou realmente popular foi o Intel 8088, lançado em 1979 e incorporado a um PC IBM - que apareceu em 1982. O 8088 evoluiu para o 80286, depois para o 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III e Pentium 4, Celeron, Xeon, Itanium, Core, Core Duo, Quad... Todos estes microprocessadores foram produzidos pela Intel e são Página 25 de 64
  • 27. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 melhorias do design básico do 8088. Isso falando só de Intel. O principal concorrente, a AMD, evoluiu paralelamente, com o 286A, o 386, 486, 586, K5, K6-3, Athlon, Duron, Sempron, Athlon MX, AMD64, Phenom e Turion. Um pouco de história A maioria dos computadores existentes no mercado vem com processador Intel ou AMD. As duas empresas, rivais neste mercado desde meados da década de 90, oferecem várias linhas de processadores, como Core, Pentium, Celeron e Atom, da Intel, e Turion, Sempron, Phenom e Athlon, da AMD. Cada uma dessas linhas é voltada para uma tipo de máquina e um tipo de público. Fundada em 1968 pelos norte-americanos Gordon Moore e Robert Noyce, a Intel (sigla de Integrated Electronics) começou a fabricar memórias para computadores de grande porte antes de entrar no mercado de microprocessadores (o primeiro processador Intel foi feito para calculadoras digitais da Texas Instruments). Quarenta anos depois, a empresa domina o mercado, produzindo processadores específicos para notebooks e desktops. Para notebooks, a Intel produz as linhas Core2 Duo e Core2 Solo, que têm dois núcleos de processamento e baixo consumo de energia graças à tecnologia de fabricação de 65 nm (nanometros) e 45 nm, e Core Solo e Core Duo, processador com um único núcleo fabricado em 65 nm. Criada em 1969 para atender às necessidades da Intel – produzir chip de memória para a empresa de Mooore e Noyce – a Advanced Micro Device resolveu fabricar a sua própria linha de produtos e concorrer com o ex-cliente. Apesar de estar mais centrada na produção de processadores para desktops, a empresa também tem suas linhas para notebooks, fabricadas com tecnologias de 65 nm (Turion X2 Ultra e Mobile Sempron) e 90 nm (Turion64 X2). Recentemente, os processadores Intel ganharam uma nova família, a Core i7, baseada na arquitectura Nehalem, com novo desenho interno do processador e fabricação de 45 nm. O que coloca o i7 no topo da cadeia dos processadores é a quantidade de transístores existentes em uma microárea de 263 nanómetros quadrados – são 731 milhões. Para se ter uma ideia, o top de linha da AMD, o Phenom, tem 463 milhões de transístores em uma área de 283 Página 26 de 64
  • 28. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 nanómetros quadrados. Com tudo isso de transístor nesse espaço minúsculo, os i7 são poderosos e podem simular até 8 núcleos ao mesmo tempo – o dobro do número real. A tabela a seguir vai ajudar você a entender as diferenças entre os processadores que a Intel lançou nos últimos anos. Nome Data Transistores Mícrons Velocidade do clock Largura de dados MIPS 8080 1974 6.000 6 2 MHz 8 bits 0,64 16 bits 8088 1979 29.000 3 5 MHz 0,33 8 bits 80286 1982 134.000 1,5 6 MHz 16 bits 1 80386 1985 275.000 1,5 16 MHz 32 bits 5 80486 1989 1.200.000 1 25 MHz 32 bits 20 32 bits Pentium 1993 3.100.000 0,8 60 MHz 100 64 bits 32 bits Pentium II 1997 7.500.000 0,35 233 MHz 300 64 bits 32 bits Pentium III 1999 9.500.000 0,25 450 MHz 510 64 bits 32 bits Pentium 4 2000 42.000.000 0,18 1,5 GHz 1,700 64 bits 32 bits Pentium 4 "Prescott" 2004 125.000.000 0,09 3,6 GHz 7,000 64 bits 2,8 GHz Pentium D 2005 230.000.000 90nm 32 bits 3,2 GHz Página 27 de 64
  • 29. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 1,33 Core2 2006 152.000.000 65nm 32 bits 26,000 2,33 GHz Core 2 Duo 2007 820.000.000 45nm 3 GHz 64 bits 53,000 2,66 GHz Core i7 2008 731.000.000 45nm 64 bits 76,000 3,2 GHz Informações sobre esta tabela  A data é o ano em que o processador foi lançado. Muitos processadores são relançados com maiores velocidades de clock anos depois do lançamento original.  Transístores é o número de transístores no chip. Nos últimos anos, o número de transístores em um chip cresceu bastante.  Mícrones é a largura, em mícrones, do menor fio do chip. Para ter uma ideia, o fio de cabelo humano tem a espessura de 100 mícrones. Os chips diminuem de tamanho e o número de transístores aumenta.  Velocidade do clock é a taxa máxima do clock do chip.  Largura de dados é a largura da Unidade Lógico-Aritmética (ALU). Uma ALU de 8 bit pode somar/subtrair/multiplicar/etc dois números de 8 bits. Uma ALU de 32-bit pode manipular números de 32 bits. Uma ALU de 8 bits teria que executar quatro instruções para somar dois números de 32 bits, enquanto que uma ALU de 32 bits precisa de apenas uma instrução. Em muitos casos, o barramento externo de dados é da mesma largura que a ALU. O 8088 tinha uma ALU de 16 bits e um barramento de 8 bits. Os chips mais recentes procuram dados de 64 bits de uma vez para as suas ALUs de 32 bits. A partir dessa tabela, pode perceber que existe uma relação entre a velocidade do clock e o MIPS. A velocidade máxima do clock é uma função do processo de fabricação e dos atrasos internos. Também existe uma relação entre o número de transístores e o MIPS. Por exemplo, o 8088 tinha um clock de 5 MHz, mas tinha MIPS de 0,33 (cerca de uma instrução para cada 15 ciclos do clock). Os processadores modernos executam milhões de instruções por ciclo. Essa melhoria está directamente relacionada ao número de transístores no chip. Página 28 de 64
  • 30. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 A lógica do microprocessador Para perceber o funcionamento de um microprocessador, vamos entender a lógica utilizada para se criar um. Neste processo, também vai aprender um pouco de linguagem assembly (a língua nativa de um microprocessador) e muitas outras coisas que os engenheiros fazem para aumentar a velocidade do computador. Um microprocessador executa uma série de instruções de máquina que dizem a ele o que fazer. As três funções básicas de um processador são:  Utilizando sua ALU (Unidade Lógico-Aritmética), o microprocessador pode executar operações matemáticas como adição, subtracção, multiplicação e divisão. Os microprocessadores modernos contêm processadores de ponto flutuante que podem executar operações extremamente sofisticadas com número grandes em pontos flutuantes;  Um microprocessador pode mover dados de um endereço de memória para outro;  Um microprocessador pode tomar decisões e desviar para um outro conjunto de instruções baseado nestas decisões. O microprocessador pode fazer coisas muito complicadas, mas as três actividades citadas acima são as suas principais acções. O diagrama (Fig. 1) mostra um microprocessador extremamente simples que é capaz de fazer estas três coisas: Este microprocessador simples possui:  Um barramento de endereços (pode ser de 8, 16 ou 32 bits) que envia um endereço para a memória;  Um barramento de dados (pode ser de 8, 16 ou 32 bits) que envia e recebe dados da memória;  Uma linha RD (Read ou Leitura) e WR (Write ou Escrita) que diz à memória se ela deve gravar ou ler o conteúdo da posição de memória endereçada;  Um sinal de clock que fornece uma sequência de pulsos de relógio para o processador; Página 29 de 64
  • 31. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011  Um sinal de reset que reinicia o contador do programa para zero (ou outro valor) e recomeça a execução do programa. Vamos supor que os barramentos de endereços e de dados tenham 8 bits neste exemplo. Os componentes deste microprocessador simples são:  Os registadores A, B e C são simples latches simples formados de flip-flops  O latch de endereços é igual aos registadores A, B e C;  O contador do programa é um latch com as habilidades extras de incrementar de 1, quando solicitado e de ser levado a zero, quando solicitado;  A ALU pode ser um simples somador de 8 bits ou pode somar, subtrair, multiplicar e dividir valores de 8 bits. Vamos supor que faça parte do segundo grupo;  O registador de teste é um latch especial que armazena valores das comparações realizadas na ALU. A ALU pode comparar dois números e determinar se eles são iguais ou se um é maior do que o outro. O registador de teste também pode armazenar um bit de carry (carry-out) do último estágio do somador. Ele armazena esses valores em flip-flops e o descodificador de instruções pode usar os valores para tomar decisões;  Existem seis caixas no diagrama com a indicação "3-state". Estes são os buffers tri- state. Um buffer tri-state pode deixar passar 1, 0 ou pode-se desconectar da saída (imagine uma chave que se desconecta totalmente da linha de saída). Um buffer tri- state permite múltiplas saídas conectadas a um fio, mas somente uma delas leva 1 ou 0 para a linha;  O registador de instrução e o descodificador de instrução são responsáveis pelo controle de todos os outros componentes. Não vê neste diagrama, mas existem linhas de controle do descodificador de instruções que:  Mandam o registador A colocar o seu valor actual no barramento de dados;  Mandam o registador B colocar o seu valor actual no barramento de dados;  Mandam o registador C armazenar o valor actual da saída da ALU;  Mandam o registador de contador de programa colocar o valor actual no barramento de dados;  Mandam o registador de endereços travar o seu valor actual no barramento de dados;  Mandam o registador de instrução colocar o seu valor actual no barramento de dados; Página 30 de 64
  • 32. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011  Mandam o contador de programa incrementar;  Mandam o contador de programa “resetar” (ir para zero);  Activam qualquer um dos seis buffers tri-state (seis linhas separadas);  Informam a ULA sobre qual operação ela deve executar;  Mandam o registador de teste armazenar os bits de teste da ULA;  Activam a linha RD;  Activam a linha WR. Dentro do descodificador de instruções entram os bits do registador de teste e do sinal de clock line, além dos bits do registador de instruções. A memória do microprocessador Atrás falamos sobre endereçamentos e barramentos de dados, assim como as linhas RD e WR. Esses barramentos e linhas conectam-se com as memórias RAM e ROM. ROM (Fig. 3) significa memória apenas para leitura (read-only memory). Um chip ROM é programado com uma colecção permanente de bytes pré-definidos. O barramento de endereçamento diz ao chip ROM qual byte pegar e colocar no barramento dos dados. Quando a linha RD muda o estado, o chip ROM apresenta o byte seleccionado ao barramento de dados. RAM (Fig. 2) significa memória de acesso aleatório (random access memory). A memória RAM contém bytes de informação e o microprocessador pode ler ou escrever nestes bytes, dependendo da linha de comando utilizada: RD ou WR. Um dos problemas dos chips RAM é que eles esquecem tudo uma vez que a energia é desligada. É por isso que o computador precisa de ROM. Todos os computadores têm alguma memória ROM, e é possível criar um computador simples que não tenha memória RAM. Muitos microcontroladores fazem isso, colocando um pouco de memória RAM no próprio chip do processador. Porém, é impossível criar um computador que não tenha memória ROM. Num PC, a memória ROM é conhecida como BIOS (sistema básico Página 31 de 64
  • 33. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 de entrada/saída). Quando um microprocessador começa a funcionar, ele executa primeiro as instruções contidas na BIOS. As instruções da BIOS realizam testes no hardware e depois vão para o disco rígido para buscar o boot sector . O boot sector é outro pequeno programa e a BIOS o armazena na RAM depois de lê-lo no disco. O microprocessador então começa a executar as instruções do boot sector a partir da memória RAM. O programa de boot sector manda o microprocessador copiar algo mais do disco rígido para a memória RAM, que o microprocessador executa posteriormente. Esta é a maneira pela qual o microprocessador carrega e executa todo o sistema operacional. Como funcionam as Webcams Existem câmaras de negócios, câmaras pessoais, câmaras privadas, câmaras de trânsito. Você escolhe o objecto e haverá, provavelmente, uma webcam focalizada nela. Webcams, como muitas coisas, vão das simples às complexas. Se entendermos a essência da instalação de uma webcam simples, podemos adicionar funcionalidades por meio de programas, customizações e/ou conexões de equipamentos. Uma instalação básica de uma webcam consiste de uma câmara digital ligada a um computador, normalmente por meio de uma conexão USB. Parte da instalação de uma webcam consiste em uma câmara digital, não havendo nada de especial nela. O tipo "webcam" da câmara vem com o programa. O programa da webcam "captura imagens" da câmara digital em intervalos estabelecidos (por exemplo, o programa pode capturar uma imagem da câmara a cada 30 segundos) e transfere-as para outro local, para que sejam vistas. Se estiver interessado em utilizar a sua webcam em um vídeo, é necessário um sistema com alta taxa de quadros. A taxa de quadros indica o número de poses que o programa pode capturar e transferir em um segundo. Para vídeos, é necessária uma taxa de no mínimo 15 quadros por segundo (fps), sendo 30 fps o ideal. Para alcançar uma taxa alta de quadros é necessária uma conexão de alta velocidade na Internet. Uma vez capturado um quadro, o programa transmite a imagem inteiramente por a sua conexão de Internet. Há vários métodos de transmissão. Usando o método mais comum, o programa transforma a imagem em um arquivo JPEGe o transfere para um servidor de Página 32 de 64
  • 34. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 web usando o Protocolo de Transferência de Arquivos (FTP). Podemos facilmente colocar uma imagem JPEG em qualquer página da web. Se não tiver o seu próprio servidor de web, muitas empresas oferecem-lhe um lugar gratuito para carregar as suas imagens, poupando-o dos problemas de instalar e manter um servidor web ou um site web hospedeiro. Recursos e ajustes:  Percepção de movimento - a webcam tira uma nova imagem sempre que detectar um movimento;  Arquivamento de imagem - podem criar um arquivo para salvar todas as imagens da webcam ou somente imagens em intervalos pré-seleccionados;  Mensagens de vídeo - alguns programas de mensagens suportam vídeo de webcam;  Conexões avançadas - utiliza conexões com cabo ou sem fio para conectar o seu equipamento home theater a sua webcam;  Automação - câmaras robotizadas permitem configurar uma série de posições pan/tilt e programar a captura de imagens baseadas na posição da câmara;  Meio de gravação - para aplicações profissionais, uma instalação de webcam pode usar compressão MPEG4 para obter arquivos de áudio e vídeo (esse é o sistema de compressão usado em muitos dos aparelhos de vídeo e imagem mais populares em PCs);  Código de customização – importe a sua própria codificação para informar à webcam o que fazer. Webcam em rede Um problema de se usar uma câmara conectada a um computador via cabo USB decorre do limite da extensão desse cabo. O que acontecerá se a sala que você quer filmar estiver do outro lado da casa, ou mesmo fora dela? Nesse caso, precisaremos adquirir uma câmara com conexões externas. Temos poucas opções: Página 33 de 64
  • 35. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011  Podemos colocar uma câmara em qualquer lugar na casa e ligar um cabo de vídeo com conectores RCA da câmara ao computador.  Podemos evitar os cabos usando um link de rádio, uma conexão Ethernet ou uma instalação WiFi. Se já possui uma rede doméstica, conectar uma webcam externa a seu computador provavelmente não necessitará de nenhuma conexão adicional. Monitorar sua casa e compartilhar imagens via web são algumas coisas que se podem fazer com a sua webcam. Há inúmeras maneiras de utilizar uma câmara conectada ao seu computador. Podemos adquirir programas que nos deixarão fazer chamadas telefónicas com vídeo para amigos que também possuam uma webcam. Podemos manter uma sessão de vídeo-conferência com pessoas do outro lado do mundo. Podemos conduzir uma entrevista e transmiti-la ao vivo no seu blog. Alguns programas de webcam irão certamente disponibilizar imagens directamente na web, PDA ou smartphone. Outros produtos lhe permitem conectar a sua câmara portátil a sua configuração da webcam, permitindo que todos vejam integralmente suas férias pela Internet. As possibilidades são infinitas. Sistemas de Controlo Um Sistema de controlo é um dispositivo ou um grupo de dispositivos que gerem o comportamento de outros dispositivos. Os sistemas de controlo recebem as informações lidas nos receptores para saber o estado actual do processo, executam cálculos e lógicas predefinidas e enviam o resultado para as saídas do sistema, de modo que a situação actual do processo seja modificada para a operação desejada. Alguns dispositivos ou sistemas não são controláveis. Para projectar um controlador são utilizadas diversas ferramentas computacionais, técnicas e teorias de controlo. As ferramentas computacionais permitem que o processo seja simulado num computador e para que os parâmetros do controlador possam ser projectados sem a necessidade de utilizar o processo real. Uma vez projectado, este é implementado e validado no processo real. Página 34 de 64
  • 36. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Para implementar sistemas de controlo, são utilizados dispositivos como microcontroladores, CLPs (controladores lógicos programáveis), microprocessadores, entre outros. Estes dispositivos possuem em comum entradas e saídas (Portas de entrada/saída), que servem para realizar a comunicação com os dispositivos periféricos (receptores e saídas do sistema). Estas portas de entrada/saída também podem ser destinadas a realizar a comunicação com outros sistemas, a fim de fornecer dados de leitura dos receptores ou até receber instruções externas para outras saídas do sistema. Há dois tipos comuns de controladores, com muitas variações e combinações: controlador de malha aberta e controlador realimentado ou de malha fechada. Sistema de Malha Fechada/ Realimentado: O controlador de malha fechada necessita de informações da saída do controlador através de elementos sensores ou transdutores. Compara o sinal de saída com a referência e corrige-a caso a mesma se esteja a desviar dos parâmetros programados. As informações sobre a evolução da saída do controlo são utilizadas para determinar o sinal de controlo que deve ser aplicado ao processo num instante específico. Isto é feito a partir de uma realimentação da saída para a entrada. O diagrama básico de um sistema de controlo em malha-fechada é mostrado na Fig. 4. Em geral, a fim de tornar o sistema mais preciso e de fazer com que ele reaja a perturbações externas, o sinal de saída y é comparado com um sinal de referência r (chamado de set-point) e o desvio e (erro) e a partir de cálculos entre estes dois sinais (r e e) é determinado o sinal de controle u que deve efectivamente ser aplicado ao processo. Assim, o sinal de controlo é determinado de forma a corrigir este desvio entre a saída e o sinal de referência. O dispositivo que utiliza o sinal de erro para determinar ou calcular o sinal de controlo a ser aplicado ao sistema P é o controlador C. Um exemplo pode ser um frigorífico. Num frigorífico a temperatura interna é medida e comparada com um valor de referência pré-estabelecido pelo usuário. Caso a temperatura interna fique acima da temperatura pré-estabelecida, o frigorífico é accionado e a temperatura começa a baixar. Quando a temperatura atinge o valor de referência, o motor do frigorífico é desligado. Desta maneira, a temperatura do frigorífico tende a ficar em torno da referência. Página 35 de 64
  • 37. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Em resumo, a utilização da realimentação e do controlo em malha fechada, permite entre outros:  Aumentar a precisão do sistema  Rejeitar o efeito de perturbações externas  Melhorar a dinâmica do sistema e, eventualmente, estabilizar um sistema naturalmente instável em malha aberta  Diminuir a sensibilidade do sistema a variações dos parâmetros do processo (tornar o sistema sólido) Sensores Os sensores são dispositivos de hardware, que produzem uma resposta a uma mudança de uma condição física como temperatura ou pressão. Os sensores medem dados físicos do parâmetro a ser controlado. O sinal analógico contínuo produzido pelos sensores é digitalizado por um conversor analógico-digital e enviado aos controladores para processamento adicional. Um sensor deve ser pequeno em tamanho, de consumo de energia extremamente baixo, operar em altas densidades volumétricas, ser autónomo, operar sem vigilância e ser adaptável ao meio ambiente. Como os sensores sem fio são tipicamente dispositivos electrónicos muito pequenos, só podem ser equipados com uma fonte de energia limitada inferior a 0,5-2 A/h (amperes por hora) e 1,2-3,7 volts. Na detecção remota, os sensores são capazes de obter informações que a visão humana não consegue, normalmente, ver (utilizando radiações de outras partes do espectro electromagnético que não o visível). Todos os objectos reflectem alguma da luz que os atinge. Esta porção de luz permite que exista cor nos objectos. A luz e o calor que é emitido e reflectido pelos objectos chama-se "radiação". A radiação é um grupo de partículas carregadas de electricidade em movimento. O movimento, neste caso, é uma "onda". Assim, para medir a radiação emitida ou reflectida pelos objectos, é necessário medir o seu comprimento de onda, isto é, o comprimento da onda de radiação que emana do objecto. Página 36 de 64
  • 38. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Medindo o comprimento de onda de vários objectos diferentes, chegou-se à conclusão que alguns objectos reflectem comprimentos de onda que não são visíveis pela visão humana (como por exemplo os infravermelhos). O conjunto de todos os comprimentos de onda possíveis chama-se "espectro electromagnético". Para exemplificar o conteúdo do espectro, os cientistas fizeram um resumo do espectro electromagnético, como se pode observar na Fig. 6. Os sensores são classificados em três categorias: sensores passivos omnidireccionais; sensores passivos de feixe estreito; e sensores activos. O trabalho teórico geral sobre RSSFs (rede de sensores sem fio) trabalha com sensores passivos omnidireccionais. Cada sensor tem uma determinada área de cobertura para as quais pode confiar e relatar com precisão a quantidade particular que está a observar. Sensores passivos Os sensores passivos captam os dados sem manipular o ambiente através de sondagens activas. Estes sensores são auto-alimentados, isto é, a energia é necessária apenas para amplificar o seu sinal analógico. Na detecção remota, são utilizados diversos sensores diferentes com sensibilidades variáveis aos diferentes comprimentos de onda do espectro electromagnético. Por exemplo, alguns sensores foram concebidos para receber todos os comprimentos de onda "verdes", enquanto outros se dirigem mais para os comprimentos de onda infravermelhos. Todos os sensores especializados na recepção de comprimentos de onda reflectidos ou emitidos por objectos alvo designam-se por "sensores passivos". Os sensores passivos podem ainda ser sensores de feixe estreito ou sensores de feixe omnidireccional. Sensores de feixe estreito Os sensores de feixe estreito têm uma noção bem definida da direcção da medida, semelhante a uma câmara. Página 37 de 64
  • 39. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Sensores omnidireccionais Os sensores omnidireccionais não têm nenhuma noção de direcção envolvida nas suas medições. Sensores activos Os sensores activos sondam activamente o ambiente, por exemplo um sensor de radar ou sonar, e requerem energia contínua a partir de uma fonte de energia (Fig. 22). A principal desvantagem dos sensores passivos é que não funcionam se o céu estiver coberto de nuvens ou se estiver escuro. Por isso, é necessário utilizar outro tipo de sensores. São chamados "sensores activos", porque emitem a radiação que os objectos reflectem e medem a energia que é devolvida ao sensor. O sensor activo mais comum na detecção remota é o "radar". Transdutores Na definição mais geral, um transdutor é um dispositivo que recebe um sinal e o retransmite, independentemente de conversão de energia. Porém, numa definição mais restrita (e bastante utilizada) o transdutor é um dispositivo que transforma um tipo de energia noutra, utilizando para isso um elemento sensor. Por exemplo, o sensor pode traduzir informação não eléctrica (velocidade, posição, temperatura, pH) em informação eléctrica (corrente, tensão, resistência). Um tipo curioso de transdutor é elaborado a partir de cristais naturais denominados cristais "piezoeléctricos". Estes traduzem energia eléctrica em energia mecânica na relação de 1:1 (um sinal eléctrico para um sinal mecânico). Transdutores activos e passivos Os transdutores passivos são aqueles cuja energia de saída é proveniente unicamente (ou quase unicamente) da energia de entrada. Página 38 de 64
  • 40. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Transdutores activos são aqueles que dispõem de uma alimentação de energia. Nestes, a maior parte da energia de saída é fornecida pela alimentação. Exemplos de transdutores: Altifalante; antena; célula fotovoltaica; dínamo; gerador; lâmpada; microfone; motor; termómetro; extensímetro; Sistema de Malha Aberta: O controlador de malha aberta (Fig. 5) consiste em aplicar um sinal de controlo pré- determinado, esperando-se que ao final de um determinado tempo a variável controlada atinja um determinado valor ou apresente um determinado comportamento. Neste tipo de sistema de controlo não são utilizadas informações sobre evolução do processo para a determinar o sinal de controlo a ser aplicado num determinado instante. Mais especificamente, o sinal de controlo não é calculado a partir de uma medição do sinal de saída. O problema de um sistema de controlo de malha aberta é que só teremos a saída desejada se não ocorrerem perturbações tanto de ordem externa como interna (modificação dos parâmetros), pois o controlador actuará como se não tivesse ocorrido qualquer perturbação e a resposta não terá valor para as novas características do sistema. Por Exemplo, considerando o controlo de um forno onde um operador, com uma determinada experiência, estima o tempo que o forno deve ficar ligado a plena potência para que a temperatura chegue a um determinado valor, obviamente, que apenas com muita sorte, a temperatura do forno ao final do tempo pré-determinado será exactamente a desejada. De uma maneira geral, a temperatura ficará um pouco acima ou um pouco abaixo do valor desejado. Além disto, a temperatura final do forno provavelmente irá variar dependendo de variações temperatura ambiente, ou seja, a temperatura interna final do forno será diferente se a temperatura externa for de 5 C ou 30 C. Em resumo, a utilização do controlo em malha aberta tem como características:  Baixo custo  Simplicidade (fácil de implementar na prática)  Imprecisão Página 39 de 64
  • 41. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011  Nenhuma adaptação a perturbações  Dependência da estimativa humana Cabo O controlo por cabo é o controlo mais simples de utilizar. Este tipo de controlo não implica qualquer tipo de onda ou transmissão pelo ar. Os cabos podem ser muito flexíveis graças ao encalhe de fios. Neste processo, pequenos fios individuais são torcidos ou trançados em conjunto para produzir fios maiores que são mais flexíveis do que os fios sólidos do mesmo tamanho. Os fios de cobre num cabo podem estar a nu, ou podem ser revestidos com uma fina camada de outro metal, na maioria das vezes de lata , mas por vezes o ouro , prata ou outro material. Estanho, ouro e prata são muito menos propensos a oxidação do cobre e podem prolongar a vida do fio. O estanho também é usado para fornecer a lubrificação entre as vertentes e para ajudar a remoção do isolamento de borracha. Os cabos podem ser solidamente fixados e organizados, como por bandejas, cintas ou cabos . Quando se pretende controlar um aparelho através do cabo, o processo é simples. Ao carregar num botão, faz-se com que exista contacto com o contacto do botão e assim é fechado o circuito da acção pretendida na placa de circuitos. O(s) motor(es) que permite(m) a execução da acção pretendida é/são accionado(s) e o aparelho executa o que se pretende. Outra forma de estabelecer a comunicação entre dois dispositivos (controlador e controlado) é com uma placa de circuito em cada um dos aparelhos com um circuito integrado. Este circuito integrado vai detectar o fecho da placa de circuito quando se carrega num botão e enviar um sinal pelo cabo (código binário, pulsos). Quando chega à placa de circuitos no aparelho a ser controlado, esse sinal, de acordo com o que foi enviado, vai ser transmitido ao motor que permite a execução da acção pretendida. Infravermelhos Foi durante a Segunda Guerra que os controlos remotos Infravermelhos detonaram bombas pela primeira vez. Com o fim da grande guerra, os cientistas tinham uma tecnologia brilhante Página 40 de 64
  • 42. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 sem lugar para ser aplicada. Agora, mais de sessenta anos depois, não são poucos os que passam horas a procurar pelo controlo remoto antes de se lembrarem que existem botões na TV. Examinaremos assim a tecnologia infravermelha usada na maioria das televisões e a diferença entre controlos remotos IV (infravermelhos) e RF (radiofrequência). Controlos remotos A tecnologia dominante nos controlos remotos de televisões é o infravermelho (IV). A luz infravermelha é também conhecida como "calor". A premissa básica no funcionamento de um controlo remoto IV é o uso da luz para levar sinais entre um controlo remoto e o aparelho que ele pretende controlar. A luz infravermelha está na faixa invisível do espectro electromagnético (Fig. 21). Um controlo remoto IV (transmissor) envia pulsos de luz infravermelha que representam códigos binários específicos. Estes códigos binários correspondem a comandos (ex: ligar/desligar). O receptor IV na TV, ou outro aparelho, descodifica os pulsos de luz em dados binários (uns e zeros) que o microprocessador do aparelho “compreende”. O microprocessador permite então a realização da tarefa correspondente. Como exemplo do funcionamento do processador, podemos ter o interior de um controlo remoto. As partes básicas envolvidas no envio de um sinal IV incluem (Fig. 7):  Botões  Circuito integrado  Díodos emissores de luz (LEDs) Os componentes do receptor infravermelho estão situados na parte frontal do equipamento, onde podem receber facilmente o sinal vindo do controlo remoto. Alguns controlos remotos funcionam apenas quando os apontamos directamente para o receptor do aparelho controlado, enquanto outros funcionam quando apontamos numa direcção próxima do receptor. Isto depende da potência da LED (luz) transmissora. Um Página 41 de 64
  • 43. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 controlo remoto com mais de uma LED ou uma LED com mais potencia produz um sinal mais forte e espalhado. O processo de controlo remoto IV Apertar um botão de um controlo remoto implica uma série de eventos que faz com que o aparelho controlado realize um comando. O processo funciona mais ou menos assim: 1. Aperta-se o botão com a acção pretendida no controlo remoto fazendo com que esse botão toque no contacto correspondente. Fecha-se assim o circuito da acção pretendida na placa de circuitos e o circuito integrado detecta esse fecho. 2. O circuito integrado envia o comando binário com a acção pretendida à LED do controle remoto. 3. A LED envia uma série de pulsos de luz que correspondem ao comando binário da acção. Podemos dar como exemplo um controlo remoto da Sony a enviar a informação de que se pretende aumentar o volume da televisão. Este controlo remoto vai enviar uma série de pulsos como ilustra a Fig. 8 1. Quando o receptor infravermelho na TV capta o sinal do controle remoto e verifica se o sinal se destina a essa TV, ele converte os pulsos de luz de volta em sinal eléctrico para código binário. Depois, passa o sinal ao microprocessador, que efectua a acção desejada. O comando “parar” avisa o microprocessador que ele pode parar de efectuar essa acção. Os controlos remotos infravermelhos já estão no mercado há 25 anos. Mas, apesar disso, têm algumas limitações relacionadas com a natureza da luz infravermelha. Uma das desvantagens é o alcance que atinge apenas 10 metros, outra é que os infravermelhos exigem linha de visada (os sinais IV não são transmitidos através de paredes nem fazem curvas - é preciso uma linha recta até ao aparelho que se está a tentar controlar). Além disso, a luz infravermelha é tão comum que as interferências podem ser um problema com controlos remotos IV. Algumas das fontes de luz infravermelha são usadas diariamente, como por exemplo: 1 Os controlos remotos das televisões Sony usam um método de codificação de espaços em que o comprimento dos espaços entre os pulsos de luz representam 1 ou 0 Página 42 de 64
  • 44. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011  Luz do sol  Lâmpadas fluorescentes  Corpo humano Para evitar as interferências causadas por outras fontes de luz infravermelha, o receptor responde a apenas um comprimento de onda particular de luz infravermelha, normalmente 980 nanômetros. Há filtros no receptor que bloqueiam a luz de outros comprimentos de onda. No entanto a luz do sol ainda pode constituir uma interferência no receptor porque possui luz infravermelha no comprimento de onda de 980 nm. Para solucionar esta questão, geralmente, a luz de um controlo remoto IV é modulada a uma frequência não presente na luz do sol e o receptor apenas responde à luz modulada a 980 nm nessa frequência. O sistema não funciona na perfeição, mas diminui muito as interferências. Ainda que os controles remotos infravermelhos representem a tecnologia dominante em aplicações de home theater, há outros controlos remotos que funcionam a partir de ondas rádio em vez de ondas de luz. Radiofrequência Os controlos remotos que utilizam a radiofrequência são muito comuns. Controlos remotos de portas de garagens, alarmes de carros e brinquedos controlados por rádio sempre usaram controlos remotos por radiofrequência e a tecnologia está a surgir noutras aplicações. Em vez de enviar sinais de luz, um controlo remoto por radiofrequência (RF) transmite ondas de rádio que correspondem a um comando binário referente ao botão que se está a apertar. Os receptores de rádio nos aparelhos controlados recebem o sinal que é descodificado. O problema deste tipo de controlo é a quantidade de sinais de rádio puros, invisíveis no ar, a qualquer hora. Telemóveis, walkie-talkies e conjuntos WiFi transmitem sinais de rádio em frequências variáveis. Os controlos remotos RF lidam com o problema da interferência, transmitindo uma frequência de rádio específica e encaixando códigos de endereços digitais nos sinais de rádio. Isto permite que o receptor de rádio no aparelho de destino saiba quando responder ao sinal e quando ignorar. As maiores vantagens dos controlos remotos por radiofrequência é o alcance que atinge até 33 m do receptor e a capacidade de poder atravessar paredes. Graças a isso é possível encontrar Página 43 de 64
  • 45. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 controlos remotos IV/RF para componentes de home theater. Estes controlos usam conversão RF para IV para aumentarem o alcance de um controle remoto a infravermelhos. Enquanto a mecânica dos aparelhos controlados por radiofrequência pode ser diferente, o princípio básico de controlo é o mesmo. Normalmente, os dispositivos controlados por rádio possuem quatro componentes principais:  Transmissor – Está na posse de alguém que tenta controlar o aparelho. Este envia ondas de rádio para o receptor;  Receptor – A antena e a placa de circuito no interior do dispositivo recebem os sinais provenientes do transmissor e activam os motores eléctricos no interior do aparelho de acordo com os comandos recebidos do transmissor;  Motor(es) Eléctrico(s) - os motores permitem as movimentações pedidas pela pessoa que está a tentar controlar o aparelho;  Fonte de energia – Fornece energia ao sistema para que este responda aos comandos enviados; O transmissor envia um sinal de controlo para o receptor usando ondas de rádio que accionam um motor, provocando uma acção específica. A fonte de energia é, geralmente, uma bateria recarregável, pilhas, ou mesmo, energia eléctrica. O transmissor Os aparelhos controlados por rádio possuem, normalmente, um pequeno dispositivo portátil que inclui alguns tipos de controlos e o transmissor de ondas rádio. O transmissor envia um sinal com uma determinada frequência para o receptor no aparelho que se pretende controlar. Esse transmissor possui uma fonte de energia que fornece energia aos controlos e à transmissão do sinal. O controlo por radiofrequência é sempre sem fios do transmissor ao receptor (Fig. 9). Existe um par de frequências que foi reservado pela FCC (agência americana que controla as emissões de rádio) para aparelhos básicos dos consumidores, como por exemplo comandos de abertura de garagens, walkie-talkies e brinquedos. Estes aparelhos utilizam os 27 MHz ou Página 44 de 64
  • 46. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 49 MHz. Existem ainda outros modelos mais avançados e sofisticados que utilizam os 72 MHz ou 75 MHz. É possível saber a frequência do aparelho que estamos a utilizar pois, normalmente, esta vem indicada no próprio aparelho (Fig. 10). A maioria dos fabricantes de brinquedos controlados por radiofrequência faz versões de cada modelo para e faixas de frequência (27 MHz e 49 MHz). Assim, é possível controlar 2 brinquedos do mesmo modelo simultaneamente, permitindo as corridas ou outros divertimentos sem haver problemas de interferências entre os 2 transmissores. Os transmissores abrangem desde controladores de função única até controladores de função completa, com uma ampla gama de opções. Os controladores de função única apenas permitem que o aparelho execute uma acção, por exemplo, num carrinho em que quando se pressiona um botão ele anda para a frente e quando se liberta ele anda para trás. Os controladores de função completa têm normalmente 6 controlos:  Frente  Trás  Frente e esquerda  Frente e direita  Trás e esquerda  Trás e direita Os controladores de sistemas por radiofrequência mais avançados normalmente usam joysticks duplos, com vários níveis de resposta para um controlo preciso (níveis de velocidade, virar mais ou virar menos). Transmissor simples Para criar um transmissor de rádio simples é necessário criar uma corrente eléctrica que mude com rapidez num fio. Isto é possível conectando e desconectando uma bateria bem depressa (Fig. 112) 2 Conectando e desconectando a bateria depressa, cria-se uma onda quadrada que oscila entre 0 e 1,5 volts. Página 45 de 64
  • 47. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Outra forma ainda melhor é criar uma corrente eléctrica que varie continuamente no fio. A forma mais simples da onda que variar continuamente é a onda sinusoidal, como ilustra a Fig.123. Criando uma onda sinusoidal e fazendo-a percorrer um fio, cria-se um transmissor de rádio simples. É extremamente fácil criar uma onda sinusoidal com apenas alguns componentes electrónicos: um condensador e um indutor podem criar uma onda sinusoidal e alguns transístores podem amplificar a onda num sinal poderoso. Enviando esse sinal para uma antena, é possível transmitir a onda sinusoidal para o espaço. Frequência - Uma característica da onda sinusoidal é a frequência. A frequência de uma onda sinusoidal é o número de vezes que ela oscila para cima e para baixo por segundo. Quando se ouve uma transmissão de rádio AM, o rádio está sintonizado numa onda sinusoidal com uma frequência de cerca de 1 milhão de ciclos por segundo (ou hertz). Por exemplo, 680 no dial AM significa 680 mil hertz. Sinais de rádio FM funcionam na faixa dos 100 milhões de hertz. 101,5 no dial FM significa que o transmissor gera uma onda sinusoidal a 101.500.000 hertz. Transmissão da informação Um transmissor que transmite uma onda sinusoidal para o espaço com uma antena, é uma estação de rádio. Mas esta não contém qualquer informação. É preciso modular a onda de modo a codificar informações nela. Há três formas comuns de modular uma onda sinusoidal.  Modulação por pulso (Fig. 13) - Na PM (modulação por pulso), simplesmente é ligada e desligada a onda sinusoidal. Esta é uma maneira fácil de enviar código Morse. A PM não é comum, mas um bom exemplo dela é o sistema de rádio que envia sinais para relógios controlados por rádio nos Estados Unidos da América. Um transmissor de PM é capaz de cobrir todos os Estados Unidos da América.  Modulação em Amplitude (AM) – As estações de rádio AM e alguns sinais de TV usam modulação em amplitude para codificar informações. Na modulação em amplitude, a amplitude da onda sinusoidal (máximo afastamento à posição de equilíbrio) muda. Por 3 Uma onda sinusoidal oscila facilmente entre os 10 e os -10 volts Página 46 de 64
  • 48. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 exemplo, a onda sinusoidal produzida pela voz da pessoa é colocada sobre a onda sinusoidal do transmissor para variar sua amplitude (Fig. 14).  Modulação em frequência (FM) - As estações de rádio FM e centenas de outras tecnologias sem fio (som de um sinal de TV, telefones sem fio, telemóveis, etc.) usam frequência modulada. A vantagem da FM é que é imune ao ruído. Na FM, a frequência da onda sinusoidal do transmissor muda muito ligeiramente baseada no sinal da informação (Fig. 15). Uma vez modulada a onda sinusoidal com informações, já se pode transmitir estas informações. Recepção de um sinal Para se receber um sinal proveniente de uma onda modulada é necessário seguir as seguintes etapas (Fig. 16):  O receptor das ondas rádio precisa de uma antena para ajudar a captar as ondas de rádio do transmissor. Uma é simplesmente uma haste de arame ou metal que aumenta a quantidade de metal com que as ondas do transmissor podem interagir;  O receptor das ondas de rádio precisa de um sintonizador uma vez que a antena vai receber milhares de ondas sinusoidais. A função do sintonizador é separar uma onda sinusoidal de milhares de sinais de rádio que a antena recebe. Assim, o sintonizador é ajustado para receber o sinal com a frequência desejada. Os sintonizadores funcionam usando o princípio da ressonância. Isto é, ressoam e amplificam uma frequência específica e ignoram todas as outras frequências do ar. É possível criar um ressonador com um condensador e um indutor .  O sintonizador faz com que receptor receba somente uma frequência de onda sinusoidal. Agora é necessário extrair a informação da onda sinusoidal. Isto é feito com um detector ou desmodulador. No caso de um rádio AM, o detector é feito com um díodo. O díodo permite que a corrente flua apenas numa direcção, cortando um lado da onda (Fig. 17);  O sinal é então amplificado e enviado para o aparelho que o vai expor. Página 47 de 64
  • 49. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 A Antena As antenas podem vir de todos os tamanhos e formas, dependendo da frequência que estiverem a tentar receber. A antena pode ser qualquer coisa, desde um longo fio duro (como nas antenas de rádio AM/FM na maioria dos carros) até uma antena parabólica. Os transmissores de rádio também usam torres de antenas extremamente altas para transmitir seus sinais. O objectivo de uma antena num transmissor de rádio é lançar ondas de rádio no espaço. Num receptor, o objectivo é receber tanta potência do transmissor quanto for possível e fornecê-la ao sintonizador. Para os satélites que estão a milhões de quilómetros de distância, a NASA usa enormes antenas parabólicas de até 60 metros de diâmetro. O tamanho ideal de uma antena de rádio está relacionado com a frequência do sinal que ela tenta transmitir ou receber. Esta relação existe devido à velocidade da luz e à velocidade com que os electrões conseguem viajar. A velocidade da luz é de 300 mil quilómetros por segundo. Num ciclo de uma onda sinusoidal, o transmissor vai mover os electrões dentro da antena numa direcção e alternar essa direcção 4 vezes. Se o transmissor estiver a funcionar em x Hertz, então um ciclo demora cerca de 1/x segundos. Mas se os electrões alternam de direcção 4 vezes então, a percorrer a antena numa dessas vezes, eles precisam de 1/x/4 segundos. À velocidade da luz os electrões viajam 1/x/4*300000 Km numa das vezes (1/x/4 segundos). Assim, este é o tamanho adequado para uma antena de um transmissor de x Hertz. A partir desta relação podemos concluir que quanto menor a frequência emitida maior tem de ser a antena. Funcionamento de todo o processo Mais detalhadamente, podemos analisar como funciona o radiocomando desde que apertamos um botão até à execução da acção pedida por parte do aparelho controlado. 1. É pressionado um botão com a indicação da acção pretendida no transmissor; Página 48 de 64
  • 50. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 2. O botão faz com que dois contactos eléctricos se encostem, fechando um circuito que está conectado a um pino específico de um circuito integrado (CI); 3. Com o circuito completo o transmissor envia uma sequência de pulsos eléctricos. Cada sequência contém um pequeno grupo de pulsos de sincronização, seguidos pela sequência de pulsos. Por exemplo num sinal de 27,9 MHz temos como indica a Fig. 18; 4. O transmissor envia rajadas de ondas de rádio que oscilam com uma frequência de x*105 ciclos por segundo (x MHz) - Modulação de pulsos; 5. Quando o receptor recebe as rajadas de rádio do transmissor, envia o sinal para um filtro que bloqueia quaisquer outros sinais captados pela antena que estejam fora da frequência predefinida. O sinal recebido é convertido novamente numa sequência de pulsos eléctricos; 6. A sequência de pulsos é enviada para o CI (circuito integrado) no aparelho, que descodifica a sequência e faz funcionar o motor apropriado; 7. O aparelho executa a função pretendida. Bluetooth O bluetooth é essencialmente um padrão de formação de rede que funciona em dois níveis:  Fornece um acordo sobre o nível físico (o bluetooth é um padrão de radiofrequência).  Fornece um acordo sobre o nível do protocolo segundo o qual precisam de concordar sobre quando os bits devem ser enviados, quantos devem ser enviados de cada vez, e como é que as partes numa comunicação podem assegurar que a mensagem recebida é a mesma que a mensagem enviada. A grande vantagem do bluetooth é o facto de ser sem fio, de baixo custo e automático. O padrão bluetooth 1.0, mais antigo, possui uma velocidade de transferência máxima de 1 megabit por segundo (Mbps), enquanto o bluetooth 2.0 pode administrar até 3 Mbps. O bluetooth 2.0 é compatível com os dispositivos 1.0 precedentes. Em agosto de 2007, foi Página 49 de 64
  • 51. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 padronizada a versão 2.1+EDR (Enhanced Data Rate), que facilita o processo de emparelhamento (pairing) e aumenta a segurança das conexões. Funcionamento do bluetooth A rede bluetooth transmite dados via ondas de rádio de baixa potência. Ela comunica numa frequência de 2,45 gigahertz (entre 2,402 GHz e 2,480 GHz). Esta banda de frequência, chamada de ISM, foi reservada por acordo internacional para o uso de dispositivos industriais, científicos e médicos. Uma série de dispositivos que são utilizados diariamente aproveitam essa mesma banda de frequência de rádio. Controlos remotos de portas de garagem e a mais nova geração de telefones sem fio usam frequências na banda ISM. Assegurar que todos esses dispositivos bluetooth não interfiram uns com os outros é parte fundamental do processo. Uma das maneiras pelas quais os dispositivos bluetooth evitam a interferência em outros sistemas é o envio de sinais fracos, de cerca de 1 miliwatt. A baixa potência limita o alcance de um dispositivo bluetooth a aproximadamente 10 metros, reduzindo a possibilidade de interferência entre seu sistema de computador e seu telefone portátil ou televisão. Mesmo com essa baixa potência, o bluetooth não precisa de ser apontado directamente entre os dispositivos que se comunicam. As paredes não detêm um sinal bluetooth, o que torna o padrão útil para o controle de vários dispositivos em diferentes ambientes. O bluetooth pode-se conectar com até oito dispositivos simultaneamente. Com todos esses dispositivos no mesmo raio de 10 metros, as interferências são improváveis. O bluetooth usa uma técnica chamada salto de frequência de espalhamento espectral, que praticamente impossibilita que mais de um dispositivo transmita na mesma frequência ao mesmo tempo. Com essa técnica, um dispositivo usa 79 frequências individuais escolhidas aleatoriamente dentro de uma faixa designada, mudando de uma para outra com regularidade. No caso do bluetooth, os transmissores alteram as frequências 1.600 vezes por segundo, o que significa que muitos dispositivos podem utilizar totalmente uma fatia limitada do espectro de rádio. Como todos os transmissores bluetooth usam automaticamente a transmissão de espalhamento espectral, é improvável que dois transmissores usem a mesma frequência simultaneamente. Essa mesma técnica minimiza o risco de interferência de telefones portáteis Página 50 de 64
  • 52. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 ou outros dispositivos bluetooth, já que qualquer interferência numa frequência particular dura somente uma fracção de segundo. Quando dispositivos com bluetooth entram na faixa um do outro, uma comunicação ocorre para determinar se eles possuem dados compartilháveis ou se um deve controlar o outro. O usuário não precisa de pressionar um botão ou dar um comando - a comunicação acontece automaticamente. Terminado o processo, os dispositivos formam uma rede. Os sistemas bluetooth criam uma rede de área pessoal (PAN), ou piconet, que pode abranger uma sala. Assim que uma piconet é estabelecida, os dispositivos saltam entre as frequências aleatoriamente em uníssono para permanecer em contacto uns com os outros e para evitar que outras piconets que possam estar em funcionamento, no mesmo espaço, interfiram na ligação. Piconets O aparelho tem um transmissor bluetooth na base e outro no aparelho de mão. O fabricante programou cada unidade com um endereço que se encaixa dentro de uma faixa de endereços estabelecida para um tipo específico de dispositivo. Quando a base é ligada pela primeira vez, envia sinais de rádio solicitando resposta de quaisquer unidades com endereço numa faixa particular. Como o aparelho de mão possui um endereço nessa faixa, ele responde e uma pequena rede é formada. Agora, mesmo que um desses dispositivos receba um sinal proveniente de outro sistema, ele o ignorará porque esse é um sinal externo à rede. Cada piconet salta de frequência aleatoriamente através das frequências disponíveis, de modo que todas as piconets sejam completamente separadas umas das outras. WiFi Muitas pessoas usam a rede sem fios, também chamada de WiFi ou rede 802.11, para conectar os seus computadores em casa (Fig. 19). Um número cada vez maior de cidades usa a tecnologia para fornecer acesso de baixo custo à Internet aos seus moradores. A rede WiFi tem muitas vantagens. É uma rede sem fios relativamente barata e fácil de construir. Página 51 de 64
  • 53. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Uma rede sem fio usa ondas de rádio, da mesma forma que os telemóveis, televisões e rádio. Na verdade, a comunicação ao longo da rede sem fios é muito parecida com a comunicação de rádio emissor-receptor. Aqui está o que acontece: 1. O adaptador sem fios do aparelho (Fig. 20) traduz os dados na forma de um sinal de rádio e transmite-os usando uma antena. 2. O router sem fios recebe o sinal, descodifica-o e envia a informação para a Internet usando uma conexão física Ethernet com fios. O processo também funciona ao contrário, com o router a receber informação da Internet, traduzindo-a na forma de sinal de rádio e enviando-a para o adaptador sem fios do aparelho. Os rádios usados para comunicação WiFi são muito parecidos com os rádios usados para walkie-talkies, telemóveis e outros aparelhos. Podem transmitir e receber ondas de rádio e podem converter 1s e 0s em ondas de rádio e convertê-las novamente em 1s e 0s. Mas os rádios WiFi têm algumas diferenças notáveis em relação aos outros rádios:  Transmitem em frequências de 2,4 GHz ou 5GHz, consideravelmente mais altas que as frequências usadas para telemóveis, walkie-talkies e televisões. A frequência mais alta permite que o sinal carregue mais dados;  Usam padrões de rede 802.11:  O padrão 802.11b foi a primeira versão a chegar no mercado, mais lento e mais caro. É cada vez menos comum à medida que baixa o custo dos padrões mais rápidos. O padrão 802.11b transmite na faixa de frequência de 2,4 GHz. Consegue comunicar até 11 megabits de dados por segundo e usa o código CCK complimentary code keying (chaveamento de código complementar);  O padrão 802.11g também transmite em 2,4 GHz, mas é muito mais rápido que o 802.11b: consegue comunicar até 54 megabits de dados por segundo. O padrão 802.11g é mais rápido porque usa multiplexação ortogonal por divisão de frequência (OFDM - orthogonal frequency-division multiplexing), uma técnica de codificação mais eficiente; Página 52 de 64
  • 54. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011  O padrão 802.11a transmite em 5 GHz, pode chegar a 54 megabits de dados por segundo e também usa a codificação OFDM. Padrões mais novos, como o 802.11n, podem ser até mesmo mais rápidos que o 802.11g. Contudo, o padrão 802.11n ainda não chegou à versão final.  Os rádios WiFi podem transmitir em quaisquer das 3 faixas de frequência - e podem trancar rapidamente entre as diferentes faixas. Saltar a frequência ajuda a reduzir a interferência e permite que vários dispositivos usem a mesma conexão sem fio, simultaneamente. Dado que tenham adaptadores sem fio, vários dispositivos podem usar um router para se conectar à Internet. Esta conexão é conveniente, virtualmente invisível e confiável. Contudo, se o router falhar ou se demasiadas pessoas tentarem usar aplicativos ao mesmo tempo, os usuários podem sofrer interferências ou perder as conexões. Um router sem fios permite usar sinais sem fio ou cabos de Ethernet para conectar computadores uns aos outros, a uma impressora e à Internet. A maioria dos routers cobre cerca de 30 metros em todas as direcções, embora as paredes e portas possam bloquear o sinal. Como ocorre com os adaptadores sem fio, muitos routers podem usar mais que um padrão 802.11. Os routers 802.11b são ligeiramente mais baratos, mas são mais lentos que os 802.11a ou 802.11g. A maioria das pessoas escolhe a opção 802.11g pela sua velocidade e confiabilidade. Depois de conectar o router, ele deve começar a trabalhar com as suas configurações predefinidas. A maioria dos routers permite que se use a interface da Web para mudar suas configurações. Pode-se escolher:  O nome da rede - conhecida como seu identificador de conjunto de serviço (SSID). A configuração padrão normalmente é o nome do fabricante;  O canal que o router usa - A maioria dos routers usa o canal 6 como padrão. Se houverem vários routers perto podem haver interferências e mudar para um canal diferente pode eliminar o problema. Página 53 de 64
  • 55. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011  As opções de segurança do router - Muitos routers usam um login padrão de domínio público. É bom estabelecer o seu próprio nome de usuário e senha. Para manter a rede privada, pode-se usar um dos métodos seguintes:  a Wired Equivalency Privacy (WEP) usa codificação de 64 ou 128 bits. A codificação de 128 bits é a opção mais segura. Qualquer um que quiser usar uma rede habilitada pelo WEP tem de conhecer a chave do WEP, que é geralmente uma senha numérica. WiFi Protected Access (WPA) é um avanço em relação ao WEP e agora pertence ao protocolo de segurança de rede sem fio 802.11i. Usa criptografia de protocolo de integridade de chave temporal. A segurança do WPA (como a do WEP) envolve inscrever-se com uma senha. A maioria dos hotspots públicos é aberta ou usa tecnologia WPA ou WEP de 128 bits.  A filtragem de endereço do Controle de Acesso de Mídia (MAC) é um pouco diferente no WEP e no WPA. Não usa senha para autenticar usuários: usa um hardware físico do computador. Cada computador tem o seu próprio endereço MAC. A filtragem de endereço MAC permite que as máquinas com endereços MAC específicos acessem à rede. Deve-se especificar quais os endereços que são permitidos quando se configura router. Este método é muito seguro, mas se comprar um novo computador ou se tiver visitas que queiram usar a sua rede, precisa de adicionar os endereços MAC das máquinas novas à lista de endereços aprovados. As redes sem fio são fáceis e baratas de montar, e as interfaces da Web dos routers são na maioria dos casos virtualmente auto-explicativas. Página 54 de 64
  • 56. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Bibliografia http://carreiradeti.com.br/inteligencia-artificial-robos-podem-pensar/ http://eletronicos.hsw.uol.com.br/brinquedos-radio-controlados1.htm http://eletronicos.hsw.uol.com.br/controle-remoto.htm http://en.wikipedia.org/wiki/Cable http://en.wikipedia.org/wiki/Sensor_node http://informatica.hsw.uol.com.br/bluetooth.htm http://informatica.hsw.uol.com.br/ondas-de-radio.htm http://informatica.hsw.uol.com.br/radio.htm http://informatica.hsw.uol.com.br/rede-wifi.htm http://pt.wikipedia.org/wiki/Controlador_de_malha_aberta http://pt.wikipedia.org/wiki/Controle_de_Malha_Fechada http://pt.wikipedia.org/wiki/Intelig%C3%AAncia_artificial http://pt.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B4 http://pt.wikipedia.org/wiki/Transdutor http://www.citi.pt/educacao_final/trab_final_inteligencia_artificial/historia_da_robotica.html http://www.ece.ufrgs.br/~jmgomes/pid/Apostila/apostila/node5.html http://www.ece.ufrgs.br/~jmgomes/pid/Apostila/apostila/node6.html http://www.eduspace.esa.int/subdocument/default.asp?document=353&language=pt http://www.inbot.com.br/novo/noticias/comciencia/index.php Página 55 de 64
  • 57. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 http://www2.eletronica.org/artigos/outros/redes-neurais-e-inteligencia-artifical-em-robos Péricone, C. (1977). Iniciação ao Radiocomando de Modelos Reduzidos. 2ª edição, Colecção Cultura e Tempos Livres, Editorial Presença, Lisboa Página 56 de 64
  • 58. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Anexos Fig. 1 Fig. 2 – Memória RAM Página 57 de 64
  • 59. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Fig. 3 – Memória ROM Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Página 58 de 64
  • 60. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9 Página 59 de 64
  • 61. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Fig. 10 Fig. 11 Fig. 12 Fig. 13 Fig. 14 Fig. 15 Página 60 de 64
  • 62. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Fig. 16 Fig. 17 Fig. 18 Página 61 de 64
  • 63. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Fig. 19 Fig. 20 Página 62 de 64
  • 64. C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivoÁrea de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011 Fig. 21 Fig. 22 Página 63 de 64