Carregador de celular portátil alimentado por matriz multi energética
Grupo 12 lixo robô
1. 1. INTRODUÇÃO
Há tempos, o lixo está tomando conta do nosso dia a dia. E como, por
exemplo, a reciclagem não é tão presente em nosso meio, o jeito é “apelarmos”
para uma forma tecnológica de retirar esse lixo do nosso meio.
A sustentabilidade está sendo deixada de lado cada dia mais. Com a
globalização em eminência, as pessoas estão cada vez mais ignorando o meio
ambiente em qualquer forma que ela esteja. Com a pressa do dia a dia, o lixo
que era para ser jogado no lixo, não está sendo jogado, mas sim no chão.
Lembramos também, que existem pessoas que precisam de cuidados
especiais, como por exemplos cadeirantes, pessoas sem o braço ou perna
entre outros.
Pensando nisso, faremos um projeto onde pode ajudar na coleta dentro de
nossas casas e também ajudar a pessoas necessitadas, por exemplo,
cadeirantes a jogarem lixo no lixo. Por isso faremos o Robô Lixobô, onde não
se tem a reciclagem, mas sim, o começo dela, a coleta.
Nós escolhemos o Robô Lixobô, com o intuito, de facilitar o acesso de pessoas
portadoras de necessidades especiais a depositar o lixo na lixeira. Ajudar na
reciclagem do lixo usando o primeiro passo que é a coleta, e isso começa
dentro de casa.
O funcionamento do “Lixobô” é bem simples. Ao ser ligado, ele indica no
display sua prontidão, mantendo-se parado. Ao ser “chamado” com um bater
de palmas ou outro som qualquer (mas alto!), por exemplo, ele abrirá a tampa
da lixeira (ou a boca) e se colocará em movimento, iniciando a “coleta”. A
presença de um sensor infravermelho e dois “Bumpers” (chaves) de colisão
permite que o robô “veja” os obstáculos, realizando os desvios necessários.
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2. 2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo Geral
Desenvolver um Robô onde auxiliará na vida de um deficiente seja ele
cadeirante ou amputado.
2.2. Objetivos Específicos
• Criar um sistema com diferentes tipos de componentes,
ajudando assim nosso conhecimento e também as pessoas com
problemas físicos.
• Verificar a viabilidade do nosso sistema.
• Desenvolver um robô visando a coleta seletiva nas residências.
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3. 3. METODOLOGIA E MATERIAIS
Nós usaremos para montar o nosso projeto, vários componentes eletrônicos,
como:
Semicondutores: Basic Step 2K, Sensor IR, Display Serial, LED comum, entre
outros
Capacitores: Capacitores Eletrolíticos e Capacitor Poliéster
Resistores: Vinte e Três Resistores, variando de 4,7 KΩ e 220 Ω
Outros: Motor de Corrente de Continua, Microfone de Eletreto de dois
terminais, Buzzer, entre outras
3.1 Semicondutores
Semicondutores são sólidos geralmente cristalinos de condutividade elétrica
intermediária entre condutores e isolantes. Os semicondutores são, quando
puros e cristalinos, a temperaturas muito baixas, excelentes isolantes. Ao
contrário do comportamento observado nos metais, contudo, a condutividade
dos semicondutores puros (intrínsecos) aumenta significativamente com a
temperatura. Usualmente, à temperatura ambiente, exibem ainda baixa
condutividade, sendo por tal bons isolantes quando em condições de
manuseio. Tornam-se condutores se consideravelmente aquecidos, contudo.
Os materiais semicondutores podem ser tratados quimicamente de diferentes
maneiras de forma a tornarem-se tão condutores quanto o necessário à
temperatura ambiente (dopagem). A combinação de semicondutores com
diferentes tipos de dopagens faz emergir propriedades elétricas não
observáveis quando separados, propriedades muito úteis, sobretudo no
controle de correntes elétricas.
Quando intrínsecos, possuem em sua composição tipicamente elemento ou
combinação de elementos que lhes confiram uma estrutura covalente com
todos os orbitais eletrônicos ligantes de todos os átomos sempre completos.
Não há por tal portador de carga elétrico estruturalmente livre quando puros.
Quimicamente viáveis há os semicondutores do grupo IV (ver tabela periódica),
como os de germânico ou, com vantagens à temperatura ambiente, os de
silício; do grupo III-V, com destaque para o arsênio de gálio, nitreto de gálio,
sulfeto de cádmio, arsênio de índio, e certamente outros com estequiometrias
mais sofisticadas. Os elementos no composto devem aparecer sempre
dispostos em estrutura cristalina sem falhas ou imperfeições, o que justifica o
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4. emprego de técnicas de produção elaboradas e especialmente desenvolvidas
para garantir tal simetria.
A dopagem é feita utilizando-se elementos diferentes dos que integram a rede
semicondutora, usualmente os elementos da coluna III (para semicondutores
tipo P) ou da coluna V (para semicondutores tipo N). É, contudo também
comum o emprego de elementos de outras colunas, incluso a coluna IV, tanto
para a obtenção de semicondutores do tipo P como do tipo N.
Os semicondutores são em muitos pontos semelhantes aos materiais
cerâmicos, podendo ser considerados como uma subclasse da cerâmica.
Seu emprego é importante na fabricação de componentes eletrônicos, tais
como diodos, transistores e outros de diversos graus de complexidade
tecnológica, microprocessadores, e nano circuitos usados em nanotecnologia.
Portanto atualmente o elemento semicondutor é primordial na indústria
eletrônica e confecção de seus componentes.
Semicondutores
3.2Capacitores
Também chamado de condensador, ele é um dispositivo de circuito elétrico que
tem como função armazenar cargas elétricas e consequente energia
eletrostática, ou elétrica. Ele é constituído de duas peças condutoras que são
chamadas de armaduras. Entre essas armaduras existe um material que é
chamado de dielétrico. Dielétrico é uma substância isolante que possui alta
capacidade de resistência ao fluxo de corrente elétrica. A utilização dos
dielétricos tem várias vantagens. A mais simples de todas elas é que com o
dielétrico podemos colocar as placas do condutor muito próximo sem o risco de
que eles entrem em contato. Qualquer substância que for submetida a uma
intensidade muito alta de campo elétrico pode ser tornar condutor, por esse
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5. motivo é que o dielétrico é mais utilizado do que o ar como substância isolante,
pois se o ar for submetido a um campo elétrico muito alto ele acaba por se
tornar condutor.
Os capacitores são utilizados nos mais variados tipos de circuitos elétricos, nas
máquinas fotográficas armazenando cargas para o flash, por exemplo. Eles
podem ter o formato cilíndrico ou plano, dependendo do circuito ao qual ele
está sendo empregado.
Capacitores
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6. 3.3Resistores
Um resistor (chamado de resistência em alguns casos) é um dispositivo elétrico
muito utilizado em eletrônica, com a finalidade de transformar energia elétrica
em energia térmica (efeito joule), a partir do material empregado, que pode ser,
por exemplo, carbono.
Um resistor ideal é um componente com uma resistência elétrica que
permanece constante independentemente da tensão ou corrente elétrica que
circular pelo dispositivo.
Os resistores podem ser fixos ou variáveis. Neste caso são chamados de
potenciômetros ou reostatos. O valor nominal é alterado ao girar um eixo ou
deslizar uma alavanca.
O valor de um resistor de carbono pode ser facilmente determinado de acordo
com as cores que apresenta na cápsula que envolve o material resistivo, ou
então usando um ohmímetro,
Alguns resistores são longos e finos, com o material resistivo colocado ao
centro, e uma perna de metal ligada em cada extremidade. Este tipo de
encapsulamento é chamado de encapsulamento axial. A fotografia a direita
mostra os resistores em uma tira geralmente usados para a pré-formatação dos
terminais. Resistores usados em computadores e outros dispositivos são
tipicamente muito menores, frequentemente são utilizadas tecnologias de
montagem em superfície (Surface-mount technology), ou SMT, esse tipo de
resistor não tem perna de metal. Resistores de potência maior são feitos mais
robustos para dissipar calor de maneira mais eficiente, mas eles seguem
basicamente a mesma estrutura.
Resistor
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7. 3.4 Outros
3.4.1 Motor de corrente continua
Máquina de corrente contínua é uma máquina capaz de converter energia
mecânica em energia elétrica (gerador) ou energia elétrica em mecânica
(motor).
A energia elétrica utilizada hoje em dia na distribuição e transporte da mesma é
a corrente alternada, porém os motores de corrente contínua têm
tradicionalmente grandes aplicações nas indústrias sendo que, são eles que
permitem variação de velocidade como de uma esteira ou de um comboio por
exemplo. Atualmente componentes eletrônicos de tensão alternada já são
capazes de controlar a velocidade do motor assíncrono facilmente e pelo seu
menor custo e recursos de aplicação estão substituindo os motores de corrente
contínua na maior parte das aplicações.
Motor de Corrente Continua
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8. 3.4.2 Microfone de Eletreto de dois terminais
Eletreto é um tipo de microfone com tamanho bastante reduzido, sendo
frequentemente utilizado em circuitos eletrônicos que tem por finalidade, entre
outras, de servir de escuta.
Microfone de Eletreto de dois terminais
3.4.3 Buzzer
A buzina ou apito é um áudio dispositivo de sinalização, que pode
ser mecânica, eletromecânica, ou piezo elétrico. Os usos típicos de
campainhas e apitos incluem dispositivos de alarme, temporizadores e
confirmação de entrada do usuário, como um clique do mouse ou tecla.
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9. Buzzer
3.4.4 Servo Motor
É uma máquina, mecânica ou eletromecânica, que apresenta movimento
proporcional a um comando, em vez de girar ou se mover livremente sem um
controle mais efetivo de posição como a maioria dos motores; servomotores
são dispositivos de malha fechada, ou seja: recebem um sinal de controle;
verificam a posição atual; atuam no sistema indo para a posição desejada.
Servo Motor
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10. 4. DESENVOLVIMENTO
O funcionamento do “Lixobô” é bem simples. Ao ser ligado ele indica no display
sua prontidão, mantendo-se parado. Ao ser “chamado”, com um bater de
palmas ou outro som qualquer (alto), ele abrirá a tampa da lixeira (ou sua boca,
dependendo do design adotado) e se colocará em movimento, iniciando uma
“coleta” pela sala.
A presença de um sensor Infravermelho e dois bumper’s (sensores de colisão)
permite que o robô “veja” os obstáculos, realizando os desvios necessários. A
“coleta” se é feita durante 15 segundos. Durante este período os usuários
poderão utilizar a lixeira “automatizada”.
4.1Circuito
Na figura abaixo pode ser visto o esquema elétrico do robô.
O “sensor IR” é composto por CI2 e S_IR (PHSC38). CI2 é um NE555 e foi
aplicado como oscilador estável. Sua frequência de oscilação pode ser
calculada com a seguinte fórmula:
f = 1,44 / [(R5 + 2xR6)xC1)]
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11. Sendo assim tem-se:
f = 1,44/[(220 + 2x1,8x103
)x0,01x10-6
)]=37,7kHz
Esta frequência aproximada de 38KHz (temos que considerar as fugas e
tolerâncias dos componentes utilizados) é justamente a frequência de trabalho
do sensor S_IR (PHSC38). A maioria dos controles remotos IR operam nesta
frequência.
Quando S_IR “enxerga” o sinal refletido pelo conjunto emissor (configuração
estável de CI2) o mesmo coloca em sua saída (Vout) zero volts. Quando isto
ocorre, o microcontrolador é capaz de perceber o obstáculo.
O transistor Q2 controla CI2 através do seu pino de reset. Sempre que este
pino é colocado em nível lógico baixo (“0”) o CI é desligado. Quando em nível
lógico “alto” (Vcc) o mesmo volta a operar. Na saída de CI2 foi ligado um LED
IR (LED3), através do transistor Q3.
O circuito “sensor de som” é formado por CI3 e CI4 (amplificadores
operacionais). A função básica de CI3 é amplificar o sinal vindo do microfone.
Esta amplificação tem um ganho baixo para evitar que o robô inicie uma coleta
erroneamente (fora de hora!) devido a ruídos, por exemplo. CI4 opera como um
comparador. Sempre que o sinal de saída de CI3 for menor que 2,5V tem-se na
saída de CI4, também zero volts.
O nível do sinal de saída para o “sensor de som” foi adotado desta maneira
para manter certa compatibilidade com o “sensor IR”, já que os níveis lógicos
que indicam "sensor ativado" são sempre “zero”.
As chaves BP1 e BP2 são bumper’s e auxiliam na detecção de obstáculos, já
que o sensor IR não pode detectar obstáculos inseridos fora do seu raio de
alcance, colocados abaixo ou ao lado do mesmo.
Um LCD serial foi utilizado para mostrar mensagens como “Lixobô Pronto”,
“Obstáculo detectado”, etc. Foram utilizados também três servos: SRV1 e
SRV2 são servos de posição, e SRV3 servo de rotação.
Os led’s 1 e 2 acrescentaram um efeito visual ao robô, e o buzzer o efeito
sonoro. O led LED4 foi usado para indicar a presença dos 5 VDC no circuito.
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12. 4.2O programa
O programa inicia o ambiente com as declarações das funções presentes,
variáveis, servos e também habilita as interrupções. Dois laços foram
utilizados no programa. O primeiro faz com que o robô permaneça em sua
condição inicial (parado e com a tampa da lixeira fechada). Quando um
sinal sonoro é detectado, ele sai do laço mais interno e vai imediatamente
para o laço mais externo. Neste novo laço ele analisa as chaves BP1 e BP2
e o sensor IR, enquanto se move sempre à frente. O tempo de 15 segundos
foi conseguido através do incremento de uma variável a cada 0,25
segundos. Isso foi feito 60 vezes:
Tempo = 60 x 0,25 s = 15 s
Para uma “coleta” durante um tempo maior (ou menor), basta alterar o
número de vezes a ser multiplicado por 0,25 segundos. Não aumentei o
tempo base (0,25s), pois isso poderia fazer com que o robô demorasse a
detectar os obstáculos, pois enquanto a temporização base está em
andamento, o robô simplesmente não “enxerga” nada a sua frente!
4.3Imagens
Detalhe da parte inferior do robô.
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14. 5. CONCLUSÃO
Após a realização do desenvolvimento deste trabalho, podemos perceber que
foi um sistema muito complicado de se fazer e operar. Valeu a pena cada
segundo da realização do trabalho, pois pudemos ver que não sabíamos de
varias coisas, tanto que nós não aprendemos no nosso curso e nem que já
sabíamos.
Aprofundamos também a Eletrônica que esteve presente em todos os lugares
nesse projeto. E no final de tudo o mais importante foi a experiência ganha a
partir desse projeto.
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