Relatório final

C.E.F - Centro de Estudos de Fátima Ano lectivo
Área de Projecto | Grupo Nº4 | 12ºD 2010/2011

Robótica
Robô Vigia

Introdução teórica do projecto “Robô Vigia”

10-12-2010, Fátima


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

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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

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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.

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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 World's 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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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,

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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.

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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.

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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

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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;

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 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

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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.

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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

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= 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

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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 d'água, 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.

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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.

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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.

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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.

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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;

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 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.

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 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.

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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

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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

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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

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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.

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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;
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 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;

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 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

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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

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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:

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 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
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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.

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Para implementar sistemas de controlo, são utilizados dispositivos como
microcontroladores, CLP's (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.

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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.

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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.

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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.

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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

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 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

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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

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Relatório final

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