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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCAMPUS DE CURITIBA
CURSO DE ENGENHARI A DE COMPUTAÇ ÃO
ALEX ANDRE J ACQUES MARIN
YURI ANTIN WERGRZN
Desktop Intel igente
CURITIBA
2008
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ALEX ANDRE J ACQUES MARIN
YURI ANTIN WERGRZN
Desktop Intel igente
CURITIBA
2008
Monogra f ia apresen tada à d isc ip l ina de Of i c inas de In tegração I I do 4 º Pe r íodo do curso de Engenhar ia de Computação da Un ive rs idade Tecno lóg ica Fede ra l do Pa raná como requ is i to pa rc ia l para ob tenção de no ta .
Or ien tado res : Már io Sé rg io Te ixe i ra de F re i tas Hugo V ie i ra Neto
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SUMÁRIO
LISTA DE F IGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 . INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 .1 RESUMO EM PORTUGUÊS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 .2 ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 .3 MOTIVAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 . FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 .1 SENSOR DE LUMINOSIDADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 .2 SENSOR DE DISTÂNCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 .2 .1 SENSOR ÓTICO COM LUZ POLARIZADA . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 .2 .2 SENSOR ÓTICO L INEAR (PSD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 .3 INTEGRAÇÃO COM O ARDUINO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 .3 .1 ESPECIFICAÇÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 .3 .2 FUNCIONAMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 . IMPLEMENTAÇÃO DO PROJETO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 .1 IMPLEMENTAÇÃO DO HARDW ARE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 .1 .1 SENSOR DE LUMINOSIDADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 .1 .2 SENSOR DE PRESENÇA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 .1 .3 SENSOR DE DISTÂNCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 .2 IMPLEMENTAÇÃO DO SOFTWARE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 .2 .1 SOFTW ARE ARDUINO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 .2 .2 SOFTW ARE JAVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 . OPERAÇÃO DO CONJUNTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 . CONSIDERAÇÕES FINAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 . REFERÊNCIAS B IBLIOGRÁFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
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LISTA DE F IGURAS
1 Co l isão de um fó ton com mate r ia l sem iconduto r . . . . . . . . . . . . . . . 92 Impedânc ias no bo tão l i ga /des l i ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Demons t ração do func ionamen to do senso r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Esquema de um PSD un id imens iona l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Fo togra f ia do Ardu ino D iec im i la . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Desenho esquemát ico pa ra o fo to res is to r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Desenho esquemát ico pa ra o sensor de p resença . . . . . . . . . . . 248 Desenho da pa r te in fe r io r do sensor de d is tânc ia . . . . . . . . . . . 269 Grá f i co da tensão de sa ída em função da d i s tânc ia . . . . . . . . 2710 Imagem do so f twa re Java em ope ração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
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1. Int rodução
1.1 Resumo em Por tuguês:
Ao longo dos anos , desde o surg imento do compu tado r
Desk top , vá r ias me lho r ias na expe r iênc ia do usuá r io f o ram
fe i t as . Mesmo ass im, a ma io r ia des tes computado res es tá
l im i tada a uma in te ração homem-máqu ina baseada em um
tec lado e mouse . É sob re a insp i ração de expand i r es ta
in te ração , reduz i r o consumo de ene rg ia e me lho ra r a
expe r iênc ia do usuá r io , que o p ro je to “Desk top In te l i gen te ”
será desenvo lv ido . A t ravés de senso res e do d ispos i t i vo
A rdu ino , o p ro je to v i sa dar ao computado r de desk top uma
“v i são ” do mundo ao seu redo r , to rnando-o capaz de tomar
dec isões baseadas nos dados co le tados pe los senso res .
Dev ido ao con tex to no qua l es tá sendo desenvo lv ido , es te
p ro je to tem foco p r inc ipa l no ap rend izado .
1.2 Abstrac t :
Over the yea rs , s ince the o r ig in o f desk top compute rs ,
va r ious improvements on the use r ’s expe r ience have been
made. S t i l l , most o f these compute rs a re l im i ted to a human-
mach ine in te rac t ion based on keyboa rd and mouse . I nsp i red
on expand ing th is in te rac t ion , reduc ing ene rgy consumpt ion
and improv ing the use r ’s expe r ience tha t the In te l l i gen t
Desk top p ro jec t w i l l be deve loped . Th rough sensors and the
A rdu ino dev ice , the p ro jec t a ims to g i ve the desk top computer
a v is ion o f i t s su r round ings , mak ing i t capab le o f tak ing
dec is ions based on the da ta co l l ec ted by the senso rs . Due to
the con tex t on wh ich th is p ro jec t i s be ing deve loped , i t
f ocuses ma in ly on lea rn ing.
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1.3 Mot ivação :
A p r inc ipa l e ma io r mot i vação pa ra o desenvo lv imento
des te p ro je to é o ap rend izado , dev ido ao con tex to acadêmico
no qua l se inse re . Po rém, o p ro je to também v isa uma me lho ra
na expe r iênc ia de usuár io em computado res Desk top a t ravés
da u t i l i zação de senso res .
Pa ra fazer i s to , f o i dec id ido ten ta r co r r ig i r os e r ros ma is
comuns que usuár ios de compu tado r de desk top cometem que
resu l tam em poss íve is danos ao p rópr io usuár io : Pos ições
incômodas e danosas à co luna ve r teb ra l e u t i l i zação do
computado r em cond ições adve rsas de i lum inação . A lém
d isso , também fo i imp lementado um s i s tema de de tecção de
p resença pa ra a juda r a ev i ta r o despe rd íc io de ene rg ia .
Pa ra ev i ta r a u t i l i zação do computado r em cond ições
adve rsas de i lum inação, op tou-se por um fo to res is to r ,
u t i l i zado para de tec ta r va r iações de in tens idade lum inosa , e ,
baseando-se nessa va r iação , a le r ta r o usuá r io caso a
cond ição não se ja idea l . Já pa ra cor r ig i r pos ições danosas ,
f o i u t i l i zado um senso r de p rox im idade , capaz de de tec ta r se
o usuá r io es tá mu i to p róx imo ao mon i to r do compu tado r e ,
po r tan to , não es tá dev idamente encos tado em seu assen to .
Po r f im , pa ra de tec ta r a p resença do usuá r io u t i l i zou -se
um bo tão l i ga /des l iga , acop lado ao assen to , que i rá s ina l i za r
ao compu tado r a p resença ou ausênc ia do usuá r io e , caso
es te não es te ja p resen te , o compu tado r poderá des l iga r o
mon i to r ou des l iga r -se po r comp le to , dependendo da
con f igu ração esco lh ida pe lo usuá r io .
A lém dos sensores , o p ro je to u t i l i za rá a p laca de
c i r cu i to impresso A rdu ino pa ra a med ição , conve rsão e env io
dos dados de cada um dos senso res pa ra um computador e a
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l i nguagem de p rogramação Java pa ra a ob tenção e u t i l i zação
des tes dados no computado r .
Tendo i s to em v i s ta , se rá fe i t a uma fundamentação
teór i ca de cada um dos componentes do p ro je to e , a segu i r ,
uma exp l icação de como os mesmos se rão u t i l i zados em p ro l
dos ob je t i vos do p ro je to e , po r f im , uma aná l ise da u t i l i zação
do s is tema po r um usuá r io comum.
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2. Fundamentação Teór ica
Esta seção con tém a fundamentação teó r i ca dos
senso res e do Ardu ino , envo lv idos no p ro je to . A seção fo i
d i v id ida em quat ro subseções : Senso r de Luminos idade ,
Senso r de P resença , Senso r de D is tânc ia e In tegração com o
Ardu ino , v i sando desc reve r o func ionamen to de cada senso r e
do Ardu ino . Como se rão u t i l i zados e com que p ropós i to se rá
d iscu t ido na seção 3 .
2.1 Sensor de Luminosidade
Detec to res de rad iação e le t romagné t i ca no espec t ro de
u l t rav io le ta a in f rave rme lho são chamados de tec to res de
luminos idade . Ex is tem do is g randes g rupos de d ispos i t i vos
desse t ipo , que são chamados de quan tum e the rma l .
O d ispos i t i vo usado no p ro je to pe r tence ao g rupo
quan tum , cu jo func ionamento se rá exp lanado aba ixo .
Os de tec to res de quantum (d i spos i t i vos fo tovo l ta i cos e
fo tocondut i vos ) se base iam na in te ração de fó tons com uma
grade de mater ia l sem icondu to r . A sua ope ração é baseada no
e fe i to descober to por A lbe r t E ins te in , que o levou a ganha r o
P rêm io Nobe l . Em 1905 , e le f ez uma supos ição sobre a
na tu reza da luz , que d i z ia que , pe lo menos em ce r tas
c i r cuns tânc ias , sua ene rg ia es tava concen t rada em grupos
loca l i zados , pos te r io rmente nomeados fó tons . A ene rg ia de
um fó ton é dada po r
onde v é a f reqüênc ia da luz e h é a cons tan te de P lanck , cu jo
va lo r é ou . Quando um fó ton
co l ide com a supe r f íc ie de um conduto r , pode ge ra r um
e lé t ron l i v re . Uma pa r te da energ ia do fó ton E é u t i l i zada
pa ra sepa ra r o e lé t ron da super f íc ie , enquanto a ou t ra par te
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f o rnece ene rg ia c iné t ica ao e lé t ron . O e fe i to f o toe lé t r i co pode
ser desc r i to como
onde K m é a ene rg ia c iné t ica máx ima do e lé t ron , quando es tá
de ixando a super f íc ie .
Se a luz com um compr imen to de onda apropr iado
(ene rg ia de fó tons su f i c ien temente a l ta ) a t inge um c r is ta l
semiconduto r , a concen t ração de po r tado res de ca rga
(e lé t rons e lacunas ) no c r i s ta l aumenta , o que se man i fes ta no
aumen to de condut i v idade do c r is ta l .
Figura 1 - Fóton de energia alta (A) e baixa (B) colidindo com um semicondutor.Fonte: FRADEN, 1996, p.397.
A f i gu ra 1 mos t ra bandas de energ ia de um ma ter ia l
semiconduto r . A banda ma is in fe r io r é chamada de banda de
va lênc ia , que cor responde aos e lé t rons l im i tados a reg iões
espec í f i cas da g rade do c r is ta l . No caso do s i l í c io ou
ge rmân io , são par tes da l i gação cova len te , que cons t i tu i as
fo rças in te ra tômicas do c r is ta l . A banda supe r io r é a banda de
condução , cons t i tu ída po r e lé t rons que podem f lu i r l i v remen te
pe lo c r i s ta l . E lé t rons nessa banda con t r ibuem pa ra a
condut i v idade e lé t r i ca do mater ia l . Essas duas bandas são
sepa radas pe lo gap de energ ia (em ing lês band gap ) , ou
banda p ro ib ida . O tamanho da banda p ro ib ida de f ine se o
mate r ia l é semicondu to r ou iso lan te . O número de e lé t rons na
camada de va lênc ia é o adequado pa ra p reenche r
comple tamente todos os espaços na mesma. Na ausênc ia de
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exc i tação té rm ica , conseqüentemente , tan to o semiconduto r
quan to o i so lan te te r iam a banda de va lênc ia comple tamen te
che ia , e a de condução vaz ia . Po r tan to , teo r icamen te , nem um
nem ou t ro ap resen ta r ia condu t i v idade e lé t r i ca . Em um meta l ,
a banda de ene rg ia ma is a l ta não es tá comp le tamente che ia ,
poss ib i l i tando que e lé t rons possam m igra r l i v remen te pe lo
mate r ia l , po rque p rec isam de uma pequena energ ia
inc remen ta l para i r aos n íve is ocupados ac ima . Dessa fo rma ,
meta is são ca rac te r i zados po r uma condut i v idade e lé t r i ca
mu i to e levada . Em iso lan tes e sem iconduto res , no en tan to , o
e lé t ron p rec isa p r ime i ro ob te r energ ia su f i c ien te pa ra
a t ravessa r a banda p ro ib ida pa ra chega r à banda de
condução , po r i sso sua condut iv idade a lgumas o rdens de
g randeza menor em re lação aos meta is . Pa ra os mate r ia is
i so lan tes , o gap de ene rg ia é de ce rca de 5 eV ou ma is ,
enquanto nos sem iconduto res , é cons ide rave lmente menor,
como mos t ra a tabe la a segu i r :
T a b e l a 1 : B a n d G a p s d e m a t e r i a i s s e m ic o n d u t o r e s .
Mate r ia l Band gap (eV) Ma io r compr imento de onda ( )
ZnS 3.6 0 .345
CdS 2.41 0 .52
CdSe 1.8 0 .69
CdTe 1.5 0 .83
S i 1 .12 1 .10
Ge 0.67 1 .85
PbS 0.37 3 .35
InAs 0 .35 3 .54
Te 0.33 3 .75
PbTe 0.3 4 .13
PbSe 0.27 4 .58
InSb 0.183 6 .90
F o n t e : F R A D E N , 1 9 9 6 , p . 3 9 8 .
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Como se pode ve r na f i gu ra 1A, o fó ton de f reqüênc ia v 1
co l ide com o c r is ta l , sua ene rg ia é a l ta o su f ic ien te para
sepa ra r o e lé t ron da banda de va lênc ia e levá - lo a t ravés do
band gap a té a banda de condução , num n íve l de energ ia ma is
e levado . Nessa banda , o e lé t ron é l i v re e capaz de “p ropagar ”
cor ren te . A fa l ta de um e lé t ron na banda de va lênc ia c r ia uma
lacuna que também se rve como e lemento condu to r de
cor ren te . Esse e fe i to se man i fes ta na redução da res is t i v idade
espec í f i ca do mate r ia l , ou se ja , quan to ma is luz i nc ide sob re
o ma te r ia l f o tocondu t i vo , menor se rá sua res is tênc ia . Já a
f i gu ra 1B most ra um fó ton de menor f reqüênc ia v 2 , que não
tem energ ia su f i c ien te pa ra faze r o e lé t ron a t ravessar o band
gap . A ene rg ia desse fó ton é desca r regada sem c r ia r
“p ropagadores ” de co r ren te
Todos os ma te r ia is que conve r tem d i re tamente fó tons
de rad iação e le t romagné t i ca em po r tado res de carga são
chamados de de tec to res de quan tum, ou em ing lês quantum
de tec to rs . Es tes são ge ra lmente p roduz idos na f o rma de
fo tod iodos , f o to t rans is to res e fo to res is to res .
O p ro je to em ques tão u t i l i za um fo to res is to r pa ra med i r
a in tens idade lum inosa . Os mater ia is ma is comuns na
fabr i cação de fo to res is to res são o su l fe to de cádm io (CdS) e o
se lene to de cádm io (CdSe) , que são semicondu to res cu jas
res is tênc ias mudam con fo rme a luz i nc ide em sua supe r f íc ie .
Pa ra med i r a ope ração de um fo to res is to r , pode -se
u t i l i za r uma fon te de tensão . Quando a inc idênc ia de luz é
ba ixa , a ap l icação de uma tensão V ge ra uma co r ren te ba ixa .
Quando a luz inc ide na super f íc ie , uma co r ren te ma io r f lu i .
I s to oco r re dev ido ao e fe i to exp l i cado nos pa rágra fos
an te r io res : quando há pouca lum inos idade , os e lé t rons e
lacunas em cada n íve l de ene rg ia es tão a l tamen te
concen t rados e são fo rçados a ocupa r um loca l res t r i to , na
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camada de va lênc ia , resu l tando em uma res is tênc ia a l ta no
semiconduto r . Quando a luz inc ide sob re o c r i s ta l
f o tocondut i vo , os e lé t rons são exc i tados , queb ram o band
gap , a t ingem a banda de condução e de ixam lacunas na
camada de va lênc ia , reduz indo a res i s tênc ia do mate r ia l .
Como a tensão ap l icada é f i xa e a co r ren te é inversamen te
p ropo rc iona l à res is tênc ia , há um aumen to da co r ren te .
O CdS tem um l im i te de 515nm 1 pa ra o compr imen to de
onda , ou se ja , de tec ta ondas de compr imento menor que
515nm. Enquanto o CdS é sens íve l a ba ixos compr imentos de
onda , ou t ros fo toconduto res são ma is sens íve is aos
compr imentos de onda p róx imos ao in f rave rme lho (a l tos ) ,
como é o caso do s i l í c io e do ge rmân io .
2.2 Sensor de Presença
In i c ia lmen te , o p ro je to u t i l i za r ia um senso r baseado em
um c r i s ta l p iezoe lé t r ico para de tec ta r p resença a t ravés do
peso . O c r is ta l p iezoe lé t r ico , que func iona baseado em
p r inc íp ios da f ís i ca do es tado só l ido , ge ra um pu lso de tensão
quando p ress ionado . Porém, dev ido a sua a l t a sens ib i l idade a
pequenas v ib rações , não fo i poss íve l u t i l i zá - lo nes te p ro je to
e , po r i sso , não cabe aqu i uma fundamentação teór i ca do
c r i s ta l p iezoe lé t r ico .
No luga r do c r i s ta l p iezoe lé t r ico , f o ram u t i l i zados
bo tões l i ga /des l iga , v i s to que apenas dese ja -se sabe r se há
um usuá r io em f ren te ao compu tado r ou não . O bo tão
l i ga /des l i ga ap resen ta impedânc ia in f in i ta d iagona lmente e
impedânc ia ze ro nas l i gações pa ra le las quando não
p ress ionado e todas as impedânc ias ze ro quando
p ress ionado , como most ra o desenho da f i gu ra 2 .
1 Valor retirado do livro [1] das referências bibliográficas.
13
1.1
2 .3 Sensor de Dis tância
Exis tem d ive rsos t ipos de senso res pa ra med i r
d is tânc ia , mas a fundamentação teó r ica foca rá o senso r ó t ico ,
po r se r o u t i l i zado no p ro je to .
As p r inc ipa is van tagens do senso r ó t ico são a
s imp l ic idade e a re la t i vamen te a l ta d i s tânc ia de ope ração.
E les não são a fe tados por campos magnét icos indese jados
nem po r in te r fe rênc ias e le t ros tá t i cas , o que os to rna idea is
pa ra mu i tas ap l i cações. Um senso r ó t ico de d is tânc ia
comumente necess i ta de t rês componen tes essenc ia i s : uma
fon te de luz , um fo tode tec to r e um d ispos i t i vo pa ra gu ia r a
luz , que pode se r uma len te , um espe lho , f ib ra ó t i ca , e tc .
2.3 .1 Sensor ó t ico com luz polar izada
Um método pa ra cons t ru i r um senso r ó t ico e le t rôn ico
ma is e f i c ien te é usa r luz po la r i zada . Um fó ton de luz tem
d i reções espec í f i cas de campo magné t i co e e lé t r i co
pe rpend icu la res a cada ou t ro f ó ton e à d i reção de
p ropagação . A d i reção do campo e lé t r ico é a d i reção da
po la r i zação da luz . A ma io r pa r te das fon tes de luz p roduz luz
com fó tons po la r izados a lea to r iamen te . Pa ra po la r i za r a luz , é
Não pressionado
R=0
R=∞
Pressionado: Todas as resistências são nulas.
Figura 2 - Impedâncias no botão liga/desliga.
Fonte: Autoria Própria.
14
ut i l i zado um f i l t ro – um mater ia l espec ia l que t ransmi te luz
po la r i zada em apenas uma d i reção e abso rve ou re f le te fó tons
com po la r i zações indese jadas .
Quando a luz po la r i zada a t inge um ob je to , a re f lexão
pode mante r a sua po la r i zação ( re f lexão d i re ta ) ou o ângu lo
de po la r i zação pode mudar , sendo a segunda s i tuação t íp i ca
pa ra ob je tos não metá l i cos . Dessa fo rma, pa ra fazer um
senso r que não se ja a fe tado por ma te r ia i s re f le to res (como
la tas me tá l i cas , po r exemp lo ) , es te pode inc lu i r do is f i l t ros
po la r i zado res perpend icu la rmente pos ic ionados: um na fon te
de luz e o ou t ro no de tec to r .
O p r ime i ro f i l t ro é pos ic ionado na len te em isso ra ( fon te
de luz ) pa ra po la r i za r a luz que es tá sa indo . O segundo, por
sua vez , es tá na len te recep to ra (de tec to r ) pa ra pe rmi t i r a
passagem apenas dos componentes de luz que tem uma
ro tação de 90º em re lação à po la r ização de sa ída .
Com essa mon tagem, quando a luz é re f le t ida por um
ob je to metá l ico , po r exemp lo , a re f lexão é d i re ta e o ângu lo
de po la r i zação não se a l te ra , logo o f i l t ro recep to r não
pe rm i te a passagem desses fe i xes de luz pa ra o fo tode tec to r .
Já quando a luz não é re f l e t ida d i re tamente , seus
componentes con te rão uma quan t idade su f ic ien te de
po la r i zação pa ra a t ravessa r o f i l t ro recep to r e a t i va r o
de tec to r . Ass im sendo, o uso de po la r i zado res reduz fa l sas
de tecções de ob je tos não metá l icos .
2.3 .2 Sensor ó t ico l inear (PSD)
Para med idas de pos ição p rec isas desde pequenas
d is tânc ias a té g randes, s is temas ó t i cos que ope ram pe r to do
in f raverme lho podem se r bem e fe t i vos . Um exemp lo é o PSD
(do ing lês pos i t ion sens i t i ve de tec to r ) p roduz ido pa ra med i r
p rec isamente à d is tânc ia e con t ro la r o foco au tomát ico de
15
máqu inas fo tográ f i cas e f i lmadoras . O senso r f unc iona da
segu in te fo rma: ex i s te um d iodo em isso r de luz , vu lgo LED,
s ig la em ing lês pa ra l i gh t emi t t ing d iode , e também um PSD
fo tode tec to r . A pos ição de um ob je to é de te rm inada ap l i cando
o p r inc íp io de t r iangu lação , que se rá exp l i cado a segu i r . A
f i gu ra aba ixo mos t ra o in f rave rme lho do LED passando po r
uma len te co l imadora – len te que p roduz fe i xes pa ra le los de
luz – que p roduz um fe i xe de e lé t rons de ângu lo mu i to ba ixo
(<2º ) . Quando es te fe i xe a t inge um ob je to , e le é re f le t ido pa ra
o de tec to r . A luz receb ida de ba ixa in tens idade é focada na
supe r f íc ie sens íve l do PSD. En tão o PSD ge ra o s ina l de
sa ída (co r ren tes I A e I B ) que são p ropo rc iona is a d i s tânc ia x ,
que é med ida do cen t ro do PSD a té onde o fe i xe de luz
inc id iu .
A in tens idade da luz receb ida depende mu i to das
p rop r iedades re f lex i vas do ob je to . A re f lexão d i f usa 2 da fa i xa
do in f rave rme lho é mu i to pa rec ida com a da luz v i s íve l , logo ,
a in tens idade da luz inc iden te no PSD tem uma grande
2 A reflexão difusa ocorre quando a superfície apresenta rugosidades, o que causa um espalhamento da luz em todas as direções.
Figura 3 - Demonstração do funcionamento do sensor.Fonte: FRADEN, 1996, p.265.
16
va r iação . No en tan to , a p rec isão das med idas depende mu i to
pouco da in tens idade do fe i xe de luz receb ido .
O PSD con tém em sua supe r f íc ie um fo tod iodo de
s i l i cone de a l ta res is tênc ia , com duas camadas em lados
opos tos , sendo uma de las do t ipo p e a ou t ra do t ipo n 3. Um
senso r un id imens iona l possu i do is e le t rodos (A e B ) f o rmados
na supe r f íc ie supe r io r do PSD pa ra fo rnecer con ta tos
e lé t r i cos . Ex is te um e le t rodo comum (C) no cen t ro da camada
in fe r io r . A d is tânc ia en t re os do is e le t rodos é D, e a
res is tênc ia co r responden te en t re os e le t rodos é R D . A f i gu ra
aba ixo pode i lus t ra r me lho r a exp l icação
Figura 4 - Esquema de um PSD unidimensional.Fonte: FRADEN, 1996, p.265.
Assum indo que o fe i xe inc ide na supe r f íc ie a uma
d is tânc ia x do e le t rodo A , a res i s tênc ia co r responden te en t re
es te e le t rodo e o pon to de inc idênc ia é R x . A co r ren te
fo toe lé t r i ca I o p roduz ida pe lo fe i xe é p ropo rc iona l a
in tens idade do mesmo. Es ta cor ren te i rá f lu i r pa ra ambas as
sa ídas (A e B ) dos sensores , em propo rções co r respondentes
3 Para saber melhor o que significam esses tipos, consultar o livro [9] das referências.
17
às res is tênc ias e , conseqüen temente , as d i s tânc ias en t re o
pon to de inc idênc ia e os e le t rodos
Se as res is tênc ias fo rem l inea rmente p ropo rc iona is às
d is tânc ias , e las podem se r subs t i tu ídas pe las respec t i vas
d is tânc ias na supe r f íc ie
Para e l im inar a dependênc ia da cor ren te fo toe lé t r i ca (e
da in tens idade da luz) , usa -se uma razão en t re as cor ren tes :
e , po r tan to
A f i gu ra 3 most ra re lações geomét r icas en t re vá r ias
d is tânc ias no s is tema de med ida . Reso lvendo do is t r iângu los
i so lando L o , resu l ta em
onde f é a d i s tânc ia foca l en t re a len te recep to ra e o PSD.
Subst i tu indo x encon t rado an te r io rmente :
onde k é a cons tan te modu la r geomét r ica . Conc lusão : a
d is tânc ia do s i s tema ao ob je to re f le to r in f l uenc ia l inea rmente
a p roporção en t re as co r ren tes de sa ída do PSD.
18
2.4 Integração com o Arduino
O Ardu ino 4 é uma p laca de c i rcu i to imp resso open -
sou rce , capaz de ob te r dados ana lóg icos e d ig i ta is do
amb ien te em que es tá inser ido , p rocessando -os e
conve r tendo -os em s ina is d ig i ta is que podem se r env iados
pa ra um computado r , a t ravés da po r ta USB(Un ive rsa l Se r ia l
Bus ) . Op tou -se pe la u t i l i zação des ta p laca dev ido ao
conhec imen to a inda res t r i to na á rea de e le t rôn ica na fase
a tua l do cu rso em que o p ro je to se inse re , em espec ia l com
re lação à m ic ro con t ro lado res , um componen te fundamen ta l
da p laca Ardu ino .
2.4 .1 Espec i f icações
Exis tem vá r ios mode los de p lacas A rdu ino , o ma is
u t i l i zado de les sendo o A rdu ino D iec im i la , que se rá u t i l i zado
nes te p ro je to , baseado no m ic ro con t ro lado r ATmega168. A
segu i r , segue uma fo togra f ia des te mode lo do A rdu ino ,
re t i rada do s i t e o f i c ia l .
Figura 5 – Fotografia do Arduino DiecimilaFonte: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDiecimila
4 Todas as informações sobre o Arduino aqui presentes foram obtidas do site oficial do Arduino: www.arduino.cc.
19
O Ardu ino D iec im i la ope ra com uma fa i xa de tensão
en t re 6 e 20 Vo l ts , que pode se r sup r ida pe la conexão USB ou
ba te r ias ex te rnas , pode fo rnece r a té 40mA de co r ren te pa ra
c i r cu i tos ex te rnos a t ravés de p inos de sa ída ou um p ino de 5V
d ispon íve l na p laca espec ia lmente pa ra es te p ropós i to , tem
16KB de memór ia f l ash pa ra a rmazenamen to de cód igos , dos
qua is 2KB são u t i l i zados pe lo s i s tema de in ic ia l i zação da
p laca , uma memór ia SRAM de 1KB, uma memór ia EEPROM de
512 by tes , que não é pe rd ida ao des l i ga r o A rdu ino , e um
c lock de 16Mhz. Pa ra in te rag i r com o amb ien te , a p laca
possu i 20 p inos Inpu t /Outpu t (En t rada /Sa ída ) , dos qua is 14
são u t i l i zados como inpu ts ou ou tpu ts d ig i ta is e 6 como inpu ts
ana lóg icos . Um inpu t d ig i ta l pode le r uma tensão de ALTO
(p róx imo de 5V) ou BA IXO (p róx imo de 0V) enquanto que um
inpu t ana lóg ico pode le r tensões de zero a té 5 vo l ts , com uma
sens ib i l idade de ap rox imadamente 4 ,9mV. Es ta le i tu ra é um
va lo r de zero a té 1023 , com zero cor respondente a ze ro vo l ts
e 1023 co r responden te a 5 Vo l t s .
20
2.4 .2 Funcionamento
O func ionamen to do A rdu ino depende da p rogramação
do m ic ro con t ro lado r ATmega168, que é fe i ta com o A rdu ino
P rogramming Language, baseado no open -sou rce W ir ing 5. O
desenvo lv imento de cód igo pa ra o A rdu ino é fe i to no amb ien te
P rocess ing 6, também open -sou rce .
O Ardu ino é f lex íve l , de fo rma que , a par t i r de
de te rm inado cód igo no ch ip ATmega168, pode -se a t i va r ou
desa t i va r seus p inos e con f igu ra r um p ino tan to como inpu t ou
ou tpu t . Um p ino de Inpu t é con f igu rado de fo rma a o fe rece r
a l ta impedânc ia de en t rada , v i sando não in te r fe r i r no c i rcu i to
que es tá ana l isando , e um p ino de Outpu t possu i ba ixa
impedânc ia , ev i tando quedas de tensão indese jáve is .
Cód igos e p rogramas desenvo lv idos na in te r face do
P rocess ing pa ra A rdu ino , a pa r t i r da documentação no s i t e
o f i c ia l , podem en tão se r env iados pa ra a p laca a t ravés de
uma conexão USB. A p laca au tomat icamente execu ta rá es te
cód igo . A p laca pode rá , en tão , in i c ia r uma comun icação se r ia l
pa ra env ia r ou recebe r dados a t ravés da USB ou ope ra r
i ndependentemente , caso ene rg ia ex te rna à conexão USB se ja
fo rnec ida , novamente dependendo do cód igo p rev iamen te
env iado . Para es te p ro je to , o Ardu ino se rá u t i l i zado com a
conexão USB, recebendo dados dos senso res desc r i tos nas
subseções an te r io res . Todo o so f tware , d r i ve rs e
documentação necessá r ias pa ra a imp lemen tação de cód igo
pa ra o A rdu ino es tão d ispon íve is no s i t e o f i c ia l e todos os
l i nks es tão d ispon íve is nas Refe rênc ias B ib l iog rá f icas .
5 Site oficial: http://wiring.org.co/.6 Site oficial: http://www.processing.org.
21
3. Implementação do Pro je to
Nes ta seção se rá desc r i to como e com qua l p ropós i to
cada senso r ana l i sado na seção an te r io r f o i ap l i cado nes te
p ro je to e , como o A rdu ino fo i p rogramado pa ra a in te ração
des tes senso res com um computado r . A lém d isso , também
será desc r i to como os dados que o A rdu ino env ia fo ram
in te rp re tados e u t i l i zados em um computador a t ravés da
l i nguagem de p rogramação Java .
3.1 Implementação do Hardw are
Cabe nes ta subseção a aná l ise de como cada sensor
desc r i to na fundamentação teó r i ca se rá montado de fo rma a
p roduz i r uma le i tu ra cons is ten te no A rdu ino .
3.1 .1 Sensor de Luminosidade
Na fundamentação teór i ca fo i d i to que o fo to res is to r
tem uma res is tênc ia va r iáve l de acordo com a luminos idade
amb ien te . Ass im, pa ra med i r es ta va r iação , bas ta u t i l i za r uma
fon te de tensão. Na seção 2 .4 .1 fo i v i s to que o Ardu ino possu i
um p ino com tensão de sa ída de 5 Vo l t s , espec ia lmen te pa ra
sup r i r a té 40mA de cor ren te pa ra c i r cu i t os ex te rnos . Es te p ino
será a fon te de tensão u t i l i zada pa ra faze r a med ição do
fo to res is to r .
Po rém, o Ardu ino possu i apenas p inos pa ra med i r a
tensão em re lação ao te r ra do p róp r io A rdu ino e , po r tan to ,
não é poss íve l med i r a co r ren te de fo rma d i re ta . Pa ra faze r
es ta med ição , f o i necessá r ia a u t i l i zação de ou t ro res is to r em
sér ie com o fo to res is to r , de fo rma que par te da tensão
ap l icada f i ca rá sob re o res i s to r , cu ja res is tênc ia é cons tan te ,
22
e ou t ra pa r te da tensão f ica rá sob re o fo to res is to r . Como a
res is tênc ia do fo to res is to r é va r iáve l , a tensão sob re es te
componente i rá va r ia r p ropo rc iona lmente . Es ta montagem
pode se r v i sua l i zada aba ixo .
Nes ta f i gu ra , R cor responde a um res is to r de
res is tênc ia cons tan te , FR é o fo to res is to r e as conexões
5Vo l t s , GND e Ana log inpu t es tão conec tadas aos p inos
cor respondentes na p laca A rdu ino . Na imp lementação a tua l do
p ro je to , o Ana log Inpu t que cor respondente à le i tu ra do
fo to res is to r é o Ana log Inpu t 1 . A pa r t i r des ta mon tagem,
pode -se rea l i za r uma aná l i se po r ma lhas do c i rcu i to , vá l ida
dev ido à le i de Ohm, que enunc ia :
onde V é a tensão ap l i cada , R é a res is tênc ia a qua l a t ensão
V f o i ap l i cada e i é a co r ren te resu l tan te . Pa ra o c i r cu i t o da
f i gu ra 3 , a aná l i se f i ca :
A pa r t i r da co r ren te de te rm inada na equação 1 , é
poss íve l de te rm ina r , novamente a t ravés da le i de Ohm, a
tensão no fo to res is to r :
5V
GND
Analog InputR
FR
Figura 6 - Desenho esquemático para o Fotoresistor.
Fonte: Autoria Própria.
(1)
(2)
23
Ass im, a rb i t rando -se um va lo r pa ra o res i s to r R e ,
sabendo que a tensão V adv inda do A rdu ino é de 5 Vo l t s , tem-
se uma exp ressão pa ra a tensão de sa ída do c i rcu i to
ap resen tado na F igura 6 , dependen te apenas da res i s tênc ia
do Fo to res is to r .
A esco lha de um va lo r de R deve se r f e i ta de fo rma que
ha ja ma io r va r iação poss íve l na le i tu ra da tensão de sa ída ,
aumen tando a p rec isão das med idas . Em expos ição à luz
so la r em um d ia de céu azu l , o f o to res is to r ap resen tou
res is tênc ias menores que 100Ω , j á na abs t inênc ia de luz
chegou a a t ing i r 1 ,5M Ω . Dessa fo rma, é necessá r io res t r ing i r
a f a i xa de va lo res de res is tênc ia com cond ições ma is
p róx imas de uma s i tuação como o p ro je to p ropõe , ou se ja ,
p róx imo de um computado r . Fo i de te rm inado emp i r i camen te
que em uma s i tuação de i lum inação incômoda(pouca luz) ge ra
uma le i tu ra de 30k Ω no fo to res is to r e , uma s i tuação agradáve l
ge ra 8kΩ .
Po r tan to , pa ra me lho r sens ib i l idade en t re a fa i xa de
8kΩ a té 30kΩ fo i esco lh ida uma res is tênc ia em sé r ie de 20kΩ,
que p roduz i rá le i tu ras na fa i xa de 1 ,42 a té 3V no A rdu ino .
Va lo res ma io res que 3V se rão in te rp re tados como uma
s i tuação incomoda pa ra o o lho humano , embora es te va lo r
possa se r a l te rado pe lo usuá r io , à p re fe rênc ia do mesmo. A
ob tenção da fa i xa de va lo res de res is tênc ia será exp l icada em
ma io res de ta lhes na seção 4 .
24
3.1 .2 Sensor de Presença
Como d i to na fundamentação teó r ica , o senso r de
p resença v i sa apenas de tec ta r se há a lguém sen tado em
f ren te ao compu tado r ou não e , por i s to , f o i esco lh ido o bo tão
l i ga /des l i ga .
Pa ra me lhora r a sens ib i l idade des te senso r , de fo rma a
ev i ta r uma s i tuação na qua l há a lguém sen tado e o senso r não
de tec te , f o ram u t i l i zados t rês bo tões , para aumenta r a chance
de que pe lo menos um es te ja p ress ionado , na con f igu ração a
segu i r :
Nes ta f i gu ra , ass im como na f i gu ra 6 , as conexões 5V ,
GND e D ig i ta l I npu t es tão conec tadas aos p inos
cor respondentes na p laca Ardu ino . No es tág io a tua l do
p ro je to , D ig i ta l Inpu t es tá conec tado ao p ino D ig i ta l Inpu t 0 no
A rdu ino . O res i s to r R é um res is to r de 1MΩ , u t i l i zado apenas
pa ra mante r a le i tu ra em ze ro Vo l t enquan to nenhum dos
bo tões S1 , S2 ou S3 es tá p ress ionado. Os p inos
remanescen tes dos bo tões serão cor tados pa ra ev i ta r cu r tos-
c i r cu i tos indese jados .
5V
GND
Digital Input
S1
S2
S3
R
Figura 7 - Desenho esquemático do sensor de presença.
Fonte: Autoria Própria.
25
Na con f iguração ap resen tada na f igu ra 7 , caso qua lque r
um dos t rês bo tões se ja p ress ionado , a le i tu ra env iada pa ra o
p ino D ig i ta l Inpu t 0 do A rdu ino será de 5 Vo l t s , o que será
l i do como “H IGH”, v i s to que p inos d ig i ta i s podem le r apenas
“H IGH”(A l to ) ou “LOW ”(Ba ixo) .
Supondo que , se houve r um ind iv íduo sen tado sobre o
assen to no qua l es te senso r es tá ins ta lado , pe lo menos um
dos bo tões fo r p ress ionado , a le i tu ra se rá de “HIGH” e , caso
con t rá r io , “LOW ”. Po r tan to , o senso r es tá cumpr indo sua
função bás ica : de tec ta r a p resença de uma pessoa sen tada no
assen to de um computado r . A u t i l i zação des te dado pe lo
A rdu ino e pe lo So f twa re Java se rá desc r i ta pos te r io rmente .
3.1 .3 Sensor de D is tância
No con tex to des te p ro je to , o senso r de d i s tânc ia é
responsáve l po r de tec ta r a p rox im idade de um usuá r io ,
sen tado em f ren te a um computado r , de fo rma a de tec ta r uma
pos ição danosa a co luna ve r teb ra l ou a té mesmo à v i são .
O sensor u t i l i zado nes te p ro je to , mode lo GP2Y0A02YK
da Sha rp , segue os p r inc íp ios desc r i tos na fundamentação
teór i ca , na seção 2 .3 , e possu i um c i rcu i t o in te rno que
conve r te a le i tu ra da co r ren te ge rada pe la inc idênc ia de
fó tons po la r i zados no PSD em uma tensão de sa ída na fa i xa
de 0 ,5V a 3V. Aba ixo , o desenho bás ico des te sensor , v i s to da
pa r te in fe r io r (med idas em m i l ímet ros) .
26
Figura 8 - Desenho da parte inferior do sensor de Distância
Fonte: GP2Y0A02YK Datasheet.
Pa ra ac iona r es te sensor , bas ta conec tá - lo a uma
a l imentação de 5 Vo l t s no p ino marcado como 1 na f i gu ra
ac ima e te r ra no p ino cen t ra l . O va lo r da le i tu ra a tua l se rá a
tensão de sa ída d i spon íve l no p ino numerado com 3 na f i gu ra .
No caso des te p ro je to , a a l imentação de 5 Vo l ts se rá
sup r ida pe lo A rdu ino , ass im como a l i gação te r ra , e a le i tu ra
da tensão de sa ída se rá fe i ta po r um p ino de Inpu t ana lóg ico .
No es tado a tua l do p ro je to , o p ino co r respondente à le i tu ra
des te senso r é o Ana log Inpu t 0 .
Es te senso r possu i os l im i tes para med ição en t re 20cm
e 150cm, idea l pa ra a s i tuação p ropos ta pe lo p ro je to . A
tensão de sa ída pa ra cada d is tânc ia pode se r expressa pe lo
g rá f i co a segu i r , re t i rado do da tashee t do senso r 7, ass im como
o desenho ac ima.
7 Link nas referências bibliográficas.
27
Figura 9 - Gráfico da tensão de saída em função da distância.
Fonte: GP2Y0A02YK Datasheet.
Es te g rá f ico se rá u t i l i zado pa ra conve r te r as le i tu ras de
tensão que se rão env iadas para o so f twa re Java . Es te
p rocesso de conve rsão será exp l icado na seção 3 .2 .2
3.2 Implementação do Sof tw are
Nes ta subseção se rá desc r i ta a imp lemen tação do
so f twa re no A rdu ino e no computado r , a t ravés da l i nguagem
Java , a lém do t ra tamento e u t i l i zação dos dados co le tados
dos senso res da fo rma desc r i ta nas subseções an te r io res .
3.2 .1 Sof tw are Arduino
O Ardu ino , nes te p ro je to , é responsáve l pe la co le ta de
dados, mas não faz nenhum t ipo de aná l ise nos mesmos, es ta
é fe i ta pe lo so f twa re Java , exp l icado na p róx ima subseção .
Po r tan to , o A rdu ino deverá apenas co le ta r dados ana lóg icos,
conve r tê - los em s ina is d ig i ta i s e env iá - los a um computado r
a t ravés de uma po r ta USB. Como já d i t o an te r io rmente , os
in tegran tes da equ ipe que desenvo lveu es te p ro je to não
28
possuem conhec imento su f ic ien te pa ra desenvo lve r es ta pa r te
do p ro je to sem o aux í l io do A rdu ino , no es tág io a tua l do
curso . Tendo i s to em v i s ta , uma exp l i cação de ta lhada des te
p rocesso de conve rsão A /D (ana lóg ico -d ig i ta l ) não será fe i ta
nes ta monogra f ia . Caso ha ja a necess idade de consu l ta r como
func iona esse p rocesso de ta lhadamente , bas ta consu l ta r o
s i te o f i c ia l do A rdu ino , d i spon íve l nas re fe rênc ias .
O cód igo imp lementado e execu tado no Ardu ino v i sa le r
os dados dos t rês senso res , in ic ia r uma conexão ser ia l com
um computado r e env ia r , a cada segundo, uma méd ia
cons is ten te dos va lo res l i dos , a lém de cod i f i ca r cada le i tu ra
de fo rma que se ja poss íve l iden t i f i ca r qua l sensor cada
número se re fe re na recepção dos dados no cód igo Java .
Pa ra desenvo lve r um cód igo que cumpra es tes
ob je t i vos , como já menc ionado an te r io rmente , f o i u t i l i zada a
documentação d ispon íve l no s i te o f ic ia l do A rdu ino ,
j un tamen te com a in te r face P rocess ing. V isando uma me lhor
aná l ise do cód igo , es te fo i t ranscr i to aba ixo , p r ime i ramente .
Código:
01. void setup()02. Serial.begin(4800);03. 04. void loop()05. int n1=0;//Presença06. int n2=0;//Distancia07. int n3=0;//Foto08. for(int i = 0;i<10;i++)09. n1 += digitalRead(0);10. n2 += analogRead(0);11. n3 += analogRead(1);12. delay(100);1 3 . 1 4 . S e r i a l . p r i n t ( ' a ' ) ;1 5 . S e r i a l . p r i n t ( n 1 / 1 0 ) ;1 6 . S e r i a l . p r i n t ( ' a ' ) ;1 7 . S e r i a l . p r i n t ( n 2 / 1 0 ) ;1 8 . S e r i a l . p r i n t ( ' a ' ) ;1 9 . S e r i a l . p r i n t ( n 3 / 1 0 ) ;2 0 . S e r i a l . p r i n t l n ( ' e ' ) ;2 1 .
29
Este cód igo cons is te de duas funções : Se tup e Loop . A
função se tup é execu tada somen te uma vez du ran te a
execução do cód igo e é responsáve l po r in i c ia r uma conexão
ser ia l com o compu tado r , a t ravés de uma po r ta USB. A função
loop , que se rá execu tada vá r ias vezes du ran te o a execução
do cód igo , f a rá le i tu ras pe r iód icas dos p inos do Ardu ino .
Na função loop , as l inhas 5 , 6 e 7 c r iam novas va r iáve is
pa ra a rmazenar va lo res in te rmed iá r ios de le i tu ra de dados.
Como o comentá r io suge re , n1 , n2 e n3 são
responsáve is por a rmazenar , respect i vamen te , o va lo r da
le i tu ra do sensor de p resença , do senso r de d is tânc ia e do
fo to res is to r . O loop “ fo r ” , in i c ia l i zado na l i nha 8 , execu ta rá
dez vezes as le i tu ras rea l i zadas nas l inhas 9 , 10 e 11 uma
vez a cada 100 m i l i ssegundos, to ta l i zando 10 le i tu ras pa ra
cada senso r por segundo. Como o sensor de p resença
ind ica rá apenas se há ou não um ind iv íduo sen tado no
assen to do compu tado r , es ta le i tu ra é um va lo r d ig i ta l ,
b iná r io , 1 ou ze ro e , po r isso , é l ida com o método
d ig i ta lRead. Os ou t ros do is senso res , porém, fo rnecem
le i tu ras ana lóg icas de in tens idade va r iáve l e , po r i sso , são
l i das com o método ana logRead. Da l inha 14 a té a l inha 20
temos, f ina lmente , o env io dos dados co le tados pa ra o
computado r . As l inhas 14 , 16 e 18 inse rem um ca rac te re “a ”
en t re cada um dos va lo res de cada senso r , sepa rando -os ,
to rnando ma is fác i l a iden t i f i cação de qua l va lo r co r responde
a cada senso r na imp lementação do p rograma em Java . As
l i nhas 15 , 17 e 19 d i v idem os va lo res l idos por 10 , para
rea l i za r a méd ia das le i tu ras , e os env iam pe la conexão
ser ia l . F ina lmente , a l inha 21 env ia o ca rac te re “e ” , pa ra
ind ica r o f ina l da le i tu ra .
A méd ia das le i tu ras rea l i zada pe lo cód igo não é
necessá r ia , mas reduz o e fe i t o de var iações indese jáve is
30
causadas po r in te r fe rênc ias ex te rnas , t o rnando as le i t u ras
f ina is ma is l impas.
Em s ín tese , es te cód igo faz dez le i tu ras por segundo de
cada senso r , env iando a méd ia des tes va lo res a t ravés de uma
conexão se r ia l po r USB para um computado r a cada segundo .
No caso da le i tu ra d ig i ta l , a méd ia resu l ta rá em va lo r
ve rdade i ro somente se o sensor de peso permanece r a t i vado
du ran te todas as dez le i tu ras , ou se ja , um segundo.
3.2 .2 Sof tw are Java
O cód igo em Java pode se r d i v id ido em t rês par tes
fundamenta is : receb imento dos dados, in te r face g rá f i ca e
u t i l i zação dos dados. A t ransc r ição do cód igo não será fe i ta
dev ido ao e levado numero de l inhas do mesmo.
O receb imento dos dados é fe i to a t ravés da b ib l io teca
RXTXcomm, uma adaptação da b ib l i o teca JavaComm pa ra
W indows, com imp lementações compat íve is . Essa b ib l io teca
pe rm i te a comun icação com a por ta se r ia l , que é onde os
dados do A rdu ino são receb idos . Os endereços e le t rôn icos
pa ra ambas es tão d ispon íve is nas re fe rênc ias b ib l iog rá f i cas .
A pa r t i r des ta b ib l i o teca , é poss íve l ob te r um ob je to da c lasse
Inpu tS t ream, a t ravés do qua l os dados ob t idos do Ardu ino
podem se r l idos . Es tes dados podem ser , en tão , conve r t i dos e
ex ib idos na in te r face grá f ica . Para o senso r de p resença e o
senso r de lum inos idade , não fo ram fe i tas conve rsões , porém,
pa ra o senso r de d is tânc ia , a le i tu ra fo i conver t ida para a
d is tânc ia co r respondente , em cen t íme t ros , da segu in te fo rma:
fo i usado o g rá f i co d i spon íve l no da tashee t do senso r ; a pa r t i r
desse , f o i de f in ido qua l cu rva me lho r se adap ta , que resu l tou
na equação :
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onde d é a d is tânc ia em cen t íme t ros e V a tensão , em Vo l ts .
Essa equação é u t i l i zada no p rograma Java , que recebe um
va lo r de 0 a 1023 do Ardu ino , mu l t ip l i ca por 4 ,9mV, que é a
sens ib i l idade do A rdu ino , e ob tém o va lo r em Vo l t s , pa ra
ap l ica r na fó rmu la ac ima.
A in te r face g rá f i ca é cons t i tu ída de t rês seções ,
sepa radas ve r t ica lmente po r l inhas . Cada uma das seções
cor responde a um senso r e possu i as opções de con f igu ração
de cada um de les . A imagem a segu i r , re t i rada do p rograma
em execução , a juda rá na desc r ição des tas funções .
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Figura 10 – Imagem do software Java em operação.
Fonte: Autoria Própria.
Como se pode ver ac ima, as 3 seções con tém a opção
de se lec iona r se o senso r es tá a t ivado ; uma ba r ra de des l i za r
pa ra se lec iona r o va lo r c r í t i co ; um campo most rando a le i tu ra
a tua l ; e as ações a se rem tomadas.
Se o senso r es t i ve r a t i vado , a cada segundo oco r re uma
a tua l i zação da le i tu ra a tua l , de aco rdo com os va lo res que o
A rdu ino env ia . Essa le i tu ra é most rada logo aba ixo do nome
do senso r , no can to d i re i to . Na f igu ra ac ima, po r exemplo , o
33
senso r de p resença de tec tou 1 , imp l icando que hav ia a lguém
sen tado ; a le i tu ra a tua l do senso r de d is tânc ia e ra 45 , ou
se ja , a d is tânc ia de tec tada fo i de 45cm; já o senso r de
luminos idade ap resen tava uma le i tu ra de 272 .
Na f i gu ra , é poss íve l observa r que ex is tem opções de
ações pa ra cada senso r . Para o senso r de p resença , ex i s tem
duas ações poss íve is , que podem ser p rogramadas. No caso
ac ima , o sensor mos t ra r ia um popup após 10 segundos da
de tecção de uma le i tu ra 0 (ausênc ia do usuár io ) e ou t ro após
20 segundos, na mesma cond ição . Out ras opções , po r
exemplo , se r iam des l iga r o mon i to r , co loca r em es tado de
espe ra e des l i ga r o computado r .
No caso do sensor de d is tânc ia , es tá se lec ionado o
va lo r c r í t i co de 30cm, que pode se r recon f igu rado de aco rdo
com o pos ic ionamen to do mon i to r e da cade i ra do usuá r io . Se
a d i s tânc ia med ida fo r menor que 30cm, o p rograma most ra rá
um av iso imed ia tamente , a t ravés de uma jane la popup . Out ros
exemplos , que a inda não fo ram imp lementados , se r iam o
av iso sono ro e a mudança de con t ras te .
F ina lmen te , pa ra o sensor de lum inos idade , o n íve l
c r í t i co es tá em 600 , mas es te é a t i vado quando a le i tu ra é
ma io r que o va lo r c r í t i co , po is quan to ma is escu ro , ma io r é a
le i tu ra . Logo , se oco r resse uma le i tu ra de 627 , po r exemplo , o
p rograma most ra r ia um popup a le r tando que o n íve l de
i l um inação es tá insu f i c ien te . Novamente , esse n íve l c r í t i co
pode se r con f igu rado , de aco rdo com a p re fe rênc ia do
usuá r io . Possu i as mesmas ações do senso r de d is tânc ia .
Caso um sensor es te ja desa t i vado , no luga r de “Le i tu ra
a tua l : va lo r ” aparecerá em verme lho “Sensor desa t i vado ” , e
nenhuma ação será tomada, independente dos va lo res
receb idos .
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4. Operação do Conjunto
Nes ta seção se rão d iscu t idos aspec tos sob re o
func ionamento do p ro je to como um todo , a lém de ana l isa r por
que o s i s tema é uma me lho r ia com re lação a um computado r
sem o mesmo.
Pr ime i ramen te , cabe uma aná l i se das cond ições
recomendadas de ope ração do p rodu to f ina l do p ro je to , ou
se ja , dos t rês sensores , do A rdu ino e do p rograma em Java . O
s i s tema fo i p ro je tado pa ra se r u t i l i zado em um ambien te
es tá t i co , ou se ja , em um computado r Desk top l i gado a uma
rede e lé t r i ca . O senso r de p resença deve rá se r acop lado ao
assen to do compu tado r em ques tão de fo rma que se ja
ac ionado quando um ind iv íduo sen te -se sobre o assen to . O
senso r de d is tânc ia pode se r acop lado na pa r te in fe r io r do
v i so r do mon i to r , com suas len tes d i rec ionadas ao encos to . O
fo to res is to r deve ser acop lado fo ra da á rea de inc idênc ia de
ra ios de luz do mon i to r , pa ra ev i ta r que a i l uminação
p roduz ida po r es te a fe te as med idas de res is tênc ia do
fo to res is to r . Um exemplo de ta l pos ic ionamento é o topo do
mon i to r . O A rdu ino deve rá f i ca r den t ro do compr imento
máx imo das l i gações da p laca com cada senso r .
Fe i to o pos ic ionamento , o A rdu ino deve ser conec tado
ao compu tado r a t ravés de um cabo USB e o so f twa re em Java
execu tado no mesmo. O usuár io pode , f ina lmente , con f igu ra r
a ope ração do s is tema a t ravés do so f twa re em Java às suas
p re fe rênc ias , levando em cons ideração a func iona l idade do
p rograma, desc r i ta na seção an te r io r .
Na seção sob re espec i f i cações do A rdu ino , f o i d i to que
os p inos de a l imen tação da p laca são capazes de sup r i r 5V
cons tan tes , com uma co r ren te l im i te de 40mA. Vá r ios tes tes
35
empí r icos ind ica ram que a máx ima co r ren te consum ida po r
todo o s is tema desc r i to nes te p ro je to , sob as cond ições
recomendadas de ope ração , não u l t rapassa 30mA, o que es tá
den t ro do l im i te de ope ração e , po r tan to , não compõe uma
s i tuação de ins tab i l idade pa ra o s is tema.
A ú l t ima aná l ise necessá r ia com re lação à ope ração do
s i s tema res ide no cumpr imen to do ob je t i vo do p ro je to , ou
se ja , res ta ana l i sa r se o s is tema rea lmente rep resen ta uma
me lho ra na exper iênc ia do usuá r io . Es ta aná l i se será fe i ta
pa ra cada um dos sensores .
A ma io r ia dos s i s temas ope rac iona is possu i um
so f twa re responsáve l por de tec ta r a p resença do usuá r io ,
baseado na ausênc ia de a t i v idade no tec lado ou mouse .
Po rém, es te s is tema não é de g rande e f ic iênc ia , po is , caso o
usuá r io es te ja ass is t indo um v ídeo ou f i lme, po r exemp lo , não
é necessá r ia nenhuma a t i v idade no tec lado tampouco no
mouse e é poss íve l que oco r ra uma fa lsa de tecção de
ausênc ia do usuá r io , o que não acon tece rá com o nosso
s i s tema, v i s to que o usuá r io es ta rá , supos tamente , sen tado e ,
po r tan to , p ress ionando o sensor de p resença .
Já com re lação ao senso r de d is tânc ia , ex i s tem mu i tos
a r t i gos que d iscu tem a má pos tu ra de usuá r ios de
computado res Desk top e poss íve is p rob lemas que es ta
pos tu ra pode acar re ta r , ma is comumente na co luna ve r teb ra l ,
causados pe la não u t i l i zação do encos to da cade i ra . Um
exemplo des te t ipo de pesqu isa fo i o vo lume 41 do Amer ican
Jou rna l o f Indus t r ia l Med ic ine , cu ja pesqu isa , rea l izada com
32 usuá r ios de computado r , demonst rou resu l tados pos i t i vos
quan to a p rob lemas muscu la res e esque lé t icos dev ido a má
pos tu ra du ran te a u t i l i zação de computado res por longos
pe r íodos de tempo . A não u t i l i zação do encosto imp l i ca em
uma pos ição na qua l a co luna f i ca inc l inada pa ra f ren te e a
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par te supe r io r do co rpo f i ca , po r tan to , ma is p róx ima do
mon i to r . Es ta ma io r p rox im idade pode se r , en tão , de tec tada
pe lo senso r de d is tânc ia , ge rando um a le r ta pa ra o usuár io .
I s to cu lm ina na co r reção do pos ic ionamen to do usuá r io , o que
pode rá ev i ta r p rob lemas e do res fu tu ras na co luna ve r teb ra l .
O sensor de lum inos idade fo i ad ic ionado ao p ro je to sob
a supos ição de que a u t i l i zação de um computador Desk top
em cond ições adve rsas de i l um inação pode causar danos a
v i são humana. Es ta supos ição advém do fa to de que , em um
amb ien te com pouca i lum inação , as pup i las dos o lhos se
d i la tam v isando poss ib i l i ta r a ma io r en t rada de luz pa ra a
re t ina . I s to , f ren te a um mon i to r l i gado , causa r ia a en t rada
excess iva de ra ios de luz em i t idos pe lo mon i to r , te rm inando
po r causa r danos à v i são . No en tan to , não fo ram encon t rados
tex tos c ien t í f i cos de fon tes con f iáve is que p rovem es te fa to .
Fo i dec id ido , porém, man te r es te senso r no p ro je to dev ido ao
ob je t i vo ma io r do mesmo, o ap rend izado . Levando is to em
cons ide ração , os n íve is m ín imos de i lum inação aba ixo do qua l
f o i cons iderada uma s i tuação de i l uminação incômoda na
seção 3 .1 .1 fo ram de te rm inados a rb i t ra r iamente . Como is to
pode se r mu i to pessoa l , cabe a cada usuá r io de te rm ina r qua l
n íve l de i lum inação lhe é incomodo e con f igu rá - lo no so f twa re
em Java .
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5. Considerações F ina is
De uma fo rma ge ra l , f o i poss íve l conc lu i r o ob je t i vo
p r inc ipa l do p ro je to e p roduz i r um p ro tó t ipo f ina l es táve l e
to ta lmente func iona l , a lém da equ ipe te r ob t ido d i ve rsos
novos conhec imen tos em e le t rôn ica , espec ia lmen te com
re lação a senso res e de tecção , o que cons t i tu ía a ma io r
mot i vação do p ro je to .
Também fo i poss íve l conc lu i r que o s i s tema rep resen ta
uma me lho ra cons ide ráve l quan to à expe r iênc ia de usuá r io ,
que se es tende desde a redução dos gas tos de ene rg ia
e lé t r i ca a té a co r reção da má pos tu ra , f reqüen te no co t id iano
de usuá r ios de computado r .
Po rém, o p ro je to não es tá a tado ao p ro tó t ipo f i na l
desenvo lv ido , es te podendo ser es tend ido pa ra d i ve rsas
ou t ras ap l icações , a t ravés da u t i l i zação de ma is senso res . O
p ro je to e o p ro tó t ipo desenvo lv idos apenas most ram que a
idé ia fundamenta l po r t rás do p ro je to , de que a exper iênc ia de
usuá r io pode se r me lho rada a t ravés da u t i l i zação de
senso res , é p laus íve l .
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