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Instituto Nossa Senhora da Glória – ETEC
MAXIMIANO KANDA FERRAZ
ESTACIONAMENTO AUTOMÁTICO
MACAÉ, 2009
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MAXIMIANO KANDA FERRAZ
ESTACIONAMENTO AUTOMÁTICO
Trabalho de conclusão de curso apresentado para a banca
examinadora do curso técnico de mecatrônica do Ensino
técnico do Instituto Nossa Senhora da Glória - ETEC, como
exigência parcial para a obtenção do Grau de técnico em
Mecatrônica, sob orientação do Prof. Jefferson e do Prof.
Alessandro;
MACAÉ, 2009
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TERMO DE APROVAÇÃO
MAXIMIANO KANDA FERRAZ
ESTACIONAMENTO AUTOMÁTICO
Trabalho de conclusão de curso aprovado como requisito parcial para obtenção do grau de técnico
em mecatrônica do Curso Técnico de Mecatrônica do Instituto Nossa Senhora da Glória - INSG, pela
seguinte banca examinadora:
____________________________
Alessando Roberto de Oliveira
_____________________________
Jefferson Azevedo
_____________________________
Irineu Neto
_____________________________
Leonardo de Oliveira
MACAÉ, 2009
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Trabalho dedicado aos alunos do 4º módulo do curso
Técnico de Mecatrônica do Instituto Nossa Senhora da
Glória – Castelo e aos Professores do mesmo, que
demontraram grande companheirismo e
profissionalismo para com todos. Também dedico esse
trabalho à minha família.
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AGRADECIMENTOS
Agradeço a minha família e os amigos pelo apoio, pelo tempo doado para colaborar o
máximo com o projeto e pela confiança em mim depositada, seja com os investimentos feitos com o
curso técnico, seja com a compra de materiais necessários para o projeto. Em especial, agradeço à
Maximiano e Cristina, que proporcionaram a mim tudo que tenho até hoje.
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"Nunca fiz nada dar certo por acidente; nem
nenhuma das minhas invenções surgiram por
acidente; elas vieram do meu trabalho." - Thomas A.
Edison
"O primeiro requisito para o sucesso é a habilidade
de aplicar incessantemente suas energias física e
mental a qualquer problema, sem se cansar." -
Thomas A. Edison
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RESUMO
O projeto do Estacionamento Automatizado consiste em um protótipo de um sistema de
estacionamento de veículos automatizado, em escala reduzida. O sistema utiliza sensores de luz, na
entrada e saída do estacionamento - movimentando a cancela - e determina qual vaga está ocupada
ou não. Isso auxilia e é capaz de indicar ao motorista, da entrada do estacionamento, onde se
localiza uma vaga vazia (que são representadas por Leds). Tal projeto possui conceitos utilizados na
área de automação, agilizando e evitando perda de tempo no caso da ocupação do estacionamento.
Este projeto tem como objetivo não só contribuir de alguma forma para a sociedade atual, em que
há pouco tempo e grande velocidade de informação, como também demonstrar os conhecimentos
adquiridos durante o curso de mecatrônica (que abrange eletrônica, mecânica e informática), e
expandi-los, descrevendo como foi elaborada cada etapa, material utilizado (como componentes
eletrônicos), resoluções de problemas e a conclusão do mesmo.
Palavras-chave: Projeto, Automação, Estacionamento, Mecatrônica
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ABSTRACT
The project of the Automated parking consists in a prototype of a system of an automated parking
for vehicles in small-scale. The system uses light sensors, in the entrance and in the way out of the
park – moving the blocker - and determines what slot is being occupied or not. This helps and is able
to indicate to the driver in the car park entrance, where there is a place empty. This project has the
concepts used in the automation, streamlining and avoiding loss of time in case of occupation of the
park. This project aims not only to contribute in a certain way to the nowadays society, in where
there is so little time and great information velocity, but also to demonstrate the knowledge acquired
during the course of mechatronics (which includes electronics, mechanics and computer science) and
expand them, by describing how each step has been prepared, the material used (such as electronic
components), problem-solving and completion of such.
Keywords: Design, Automation, Parking, Mechatronics
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SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 111.1 DEFINIÇÃO DE MECATRÔNICA ......................................................................... 11
1.2 HISTÓRICO DA ELETRÔNICA ............................................................................. 12
1.3 AUTOMAÇÃO .......................................................................................................... 13
1.4 HISTÓRIA DA MECÂNICA .................................................................................... 15
1.5 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................... 16
1.6 OBJETIVO ................................................................................................................. 16
2. ESTACIONAMENTO AUTOMATIZADO .......................................................... 17
2.1 CONCEITO DE PROJETO ....................................................................................... 18
2.2 FUNCIONAMENTO DO PROJETO ....................................................................... 19
2.3 MATERIAL NECESSÁRIO ..................................................................................... 22
2.4 DIAGRAMAS ELETRÔNICOS ................................................................................ 24
2.4.1 LDR ......................................................................................................................... 24
2.4.2 Relé .......................................................................................................................... 26
2.4.3 Transistores .............................................................................................................. 28
2.4.4 Funcionamento dos Circuitos................................................................................... 30
3. CONCLUSÃO .......................................................................................................... 35
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 36
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ANEXOS ......................................................................................................................... 37
ANEXO 01 - TABELA DE CUSTOS .......................................................................... 38
ANEXO 02 – CRONOGRAMA ................................................................................... 39
ANEXO 03 – DIÁRIO DE BORDO ............................................................................. 40
ANEXO 04 – DATASHEETS ....................................................................................... 42
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1. INTRODUÇÃO
O projeto do Estacionamento Automatizado consiste na construção de um sistema
automatizado de estacionamento de veículos, em escala reduzida. O sistema utiliza sensores
de luz - para a automação do processo - na entrada e saída (onde a cancela se abre e se fecha,
quando o carro se posiciona em cima do sensor), e nas vagas (determinando qual vaga está
ocupada ou não). Cada vaga será representada por luzes LED, que estarão em um painel na
frente do estacionamento. Isso auxilia e é capaz de indicar ao motorista, da entrada do
estacionamento, onde se localiza uma vaga vazia.
1.1 DEFINIÇÃO DE MECATRÔNICA
O projeto realizado é intimamente relacionado a área de mecatrônica, que é um
conceito novo na área de tecnologia. Bishop (2002, p.18) afirma que ela está presente no
gerenciamento e controle da complexidade dos processos de uma indústria moderna(planejamento da produção, controle dos processos, segurança, entre outros) e incorpora
outros tipos de conhecimento, como gestão dos sistemas, sistemas mecânicos, elétricos e
eletrônicos, tecnologia de sensores e redes de computadores. Mecatrônica é, então, uma
disciplina integradora que utiliza as tecnologias de mecânica, eletrônica e informática para
fornecer produtos, sistemas e processos melhorados, conforme indica a fig. 01.
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Figura 01 – Áreas da Mecatrônica
É essa exatamente a proposta do projeto, melhoras na tarefa de estacionar,
automatizando (mesmo que parcialmente) o processo. É necessário, portanto, um histórico da
área mais envolvida no projeto, que é a eletrônica, para se relacionar com a automação de
sistemas.
1.2 HISTÓRICO DA ELETRÔNICA
A utilização de equipamentos e máquinas nas indústrias teve início na Revolução
Industrial, no século XVIII, onde eram utilizadas para realizar tarefas que outrora eram
manuais. Daquela época em diante, as máquinas e equipamentos utilizados na indústria
passaram por várias melhorias e modificações, a fim de tornarem a produção cada vez mais
rápida, precisa e confiável, reduzindo esforços dos operadores, como também aumentando a
precisão no controle do equipamento.
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Com o aperfeiçoamento da eletrônica, nos séculos XIX e XX, surgiram cada vez mais
invenções famosas (a lâmpada incandescente, o telégrafo, a televisão, os componentes
eletrônicos como diodos e capacitores, etc...), e os primeiros computadores industriais,
começaram a ser utilizados na indústria a partir de 1961, quando também surgiram os
primeiros robôs industriais. A partir daí, os computadores de base de válvulas já tinham sido
suplantados pelos transistorizados, que por sua vez, foram substituídos pelos computadores
atuais, com circuitos integrados, que executam 100 milhões de instruções por segundo.
Rosário (2009, p.11) afirma que “Esse crescimento dos sistemas de controle e a
modernização de equipamentos atingiu uma velocidade espantosa, passando a ser empregados
em diversos ramos da sociedade e da instrumentação industrial”. Ribeiro (2001, p.50) diz
ainda que o emprego de computadores CLP (Controlador Lógico Programável) na indústria
de processos “se justifica pelo fato de que o mesmo pode auxiliar no aumento da produção e
redução de gastos, através da automação das máquinas e efetuação de operações e controles
lógicos sobre os equipamentos com possibilidade de reprogramação de suas funções.” É aí
que entra a automação atual.
1.3 AUTOMAÇÃO
Ribeiro (2001, p.13) define a automação como “a substituição do trabalho humano ouanimal por máquina, com a mínima interferência do operador humano.” Ele prossegue,
concluindo que a automação é o “(...) controle de processos com mecanismo de atuação
própria, capaz de executar uma ação em certas condições”.
As primeiras iniciativas do homem para atividades manuais ocorreram na pré-história.
Invenções como a roda, o moinho movido pelo vento ou força animal e as rodas d’água
demonstram a criatividade do homem para poupar esforços. Rosário (2009, p.15) chega a
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analisar essa questão no âmbito contemporâneo, afirmando que nos últimos anos, com a
globalização, foi necessária a modernização de parques industriais, visando à competitividade
de produtos, por meio do aumento da qualidade, redução de custos e preços mais acessíveis,
dando origem a um conjunto de técnicas e procedimentos designados de automação.
Suas aplicações são diversas, e estão presentes nos produtos de consumo (Eletro-
Eletrônicos, como televisores e computadores), indústrias mecânicas (Robôs controlados por
computador, CAD/CAM, CNC), bancos (Caixas automáticos), comunicações, transportes
(Sistemas de radar, pilotos automáticos) e medicina. A fig. 02 mostra a ação de manipuladores
na linha de montagem de automóveis.
Figura 02 – Automação da linha de montagem de automóveis
Contudo, também há impactos na sociedade, como o aumento do nível de desemprego,
extinção de empregos (telefonistas), ausências no trabalho, falta de coleguismo, entre outros
fatores que alteram o comportamento dos indivíduos no ambiente de trabalho.
O processo de automação em diversos setores da atividade humana, ligada à
eletrônica, trouxe uma série de benefícios à sociedade, reduzindo custos e aumentando
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produtividade, possibilitando maior tempo livre e melhor salário para muitos profissionais da
área. Também livra pessoas de atividades monótonas, repetitivas, e até perigosas. O projeto
segue essa linha de tentar utilizar a automação, usando a eletrônica e se conectando com a
mecatrônica para a sua conclusão.
1.4 HISTÓRIA DA MECÂNICA
A mecânica está relacionada ao projeto em sua maioria na utilização de motores
elétricos, para a movimentação da cancela. Sua origem vem desde os primórdios, em que a
humanidade utiliza fontes motoras para obter trabalho, força sobre-humana, tração animal,
correntes de água, o vento e o vapor.
O grande avanço tecnológico da indústria atual deve-se ao motor elétrico, uma
máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica, mostrado na fig. 03. É o mais
usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da energia elétrica - baixo
custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade – com sua construção simples, custo
reduzido e melhores rendimentos. Seu funcionamento remete ao eletromagnetismo, ou seja,
ele também está intimamente relacionado à própria eletrônica. Os motores utilizados no
projeto são esses, de corrente contínua (menores e mais simples do que os de corrente
alternada).
Figura 03 – Motores Elétricos
http://pt.wikipedia.org/wiki/Humanidadehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Trabalhohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Tra%C3%A7%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_%28oceanografia%29http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81guahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ventohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9tricohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A2nicahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Motorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Motorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A2nicahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9tricohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ventohttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81guahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_%28oceanografia%29http://pt.wikipedia.org/wiki/Tra%C3%A7%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Trabalhohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Humanidade
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1.5 JUSTIFICATIVA
Atualmente os grandes centros estão ficando pequenos em consideração à quantidade
de carros que circulam na área comercial, não existindo estacionamento para todos. Uma
solução simples é a construção de estacionamentos compactos e automatizados que poupem
tempo, dêem segurança e seja um bom investimento.
Um melhor gerenciamento significa que mais carros podem ser estacionados - o que se
traduz em mais lucros para os operadores de estacionamentos. Ao mesmo tempo, com a
diminuição do tempo gasto à procura das vagas, há uma menor emissão de gases.
1.6 OBJETIVO
O objetivo do estacionamento automatizado, que possibilita a rapidez no exercício de
estacionar em uma sociedade cada vez mais dinâmica e corrida, foi:
Mostrar a possibilidade de sua instalação em qualquer área comercial
(shopping centers) ou pública (terrenos).
A agilização na rotina de estacionar, tornando-a mais prática e simples
possível.
Fazer um projeto viável, com circuitos e sensores, que mostrasse o
conhecimento obtido do curso.
Como ele fará com que ocorra menos stress nas pessoas, menos poluição
(emissão de gases estufa), mais lucro por parte das empresas, etc.
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2. ESTACIONAMENTO AUTOMATIZADO
O projeto é um protótipo de um estacionamento automático, que facilitaria o encontro
de vagas pelos usuários através de sensores luminosos, tornando mais ágil a ocupação do
estacionamento, e reduzindo o tempo gasto pelas pessoas na procura de uma vaga para
estacionar dando elas o local onde se encontra uma vaga desocupada. Essa automação, e
consequentemente, redução de tempo, possibilita diversos benefícios, como a menor
circulação de carros procurando vagas, reduzindo o consumo de combustível e emissão de
gases estufa. Seu funcionamento se assemelha a estacionamentos de shoppings - conforme
mostra fig. 04 - mas pode ser empregado em qualquer local, já que não necessita de um
terreno especial, apenas uma luz ambiente contínua.
Figura 04 – Foto de um Estacionamento
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2.1 CONCEITO DE PROJETO
Projeto é um esforço temporário empreendido para criar um produto ou serviço único.
Desta forma, um projeto tem início e fim definidos e resulta em um produto ou serviço de
alguma forma diferente de todos os outros anteriormente produzidos, ou seja, quando se têm
uma idéia e se quer concretizá-la, se faz um projeto que possa de forma próxima atingir a
concepção original. A metodologia de um projeto consiste em cinco estágios de
desenvolvimento, a iniciação, planejamento de projeto, produção, monitoramento e
fechamento (conclusão) do projeto, conforme fig. 05. Um projeto mecatrônico, se relaciona
com esses passos, tendo como características, geralmente:
Especificação do sistema a ser projetado;
Divisão do sistema a ser projetado em subsistemas;
Geração de variantes de implementação de subsistemas;
Modelamento e simulação de variantes de implementação;
Confecção do protótipo do projeto.
O projeto do estacionamento automatizado foi concluído seguindo esses passos.
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Figura 05 – Esquema de Elaboração de um Projeto
2.2 FUNCIONAMENTO DO PROJETO
A fig. 06 representa um diagrama funcional do projeto, que mostra como cada elo se
encaixa perfeitamente entre si para o funcionamento de todo o complexo.
O funcionamento se inicia na entrada: Quando o carro parar sobre o sensor marcado
com azul, o motor marcado com amarelo, que move a cancela do estacionamento, é acionado
e ela sobe, permitindo a passagem do carro. Um led indicador que o motor está ligado e o
motorista deve aguardar também se encontra na entrada, quando o motor liga, o led também
liga. Quando o motor atinge um micro-switch no alto, ele desarma – “piscando” com o led –
que é o aviso para o motorista seguir em frente. A cancela só desce quando o carrinho passar
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pelo sensor marcado com vermelho, pois este aciona o motor marcado com marrom que
aciona no sentido inverso ao do primeiro, fechando a cancela, e desligando quando atinge um
micro-switch abaixo. Outro led indicador que funciona sincronizado com esse motor se
encontra em frente.
No fundo do desenho temos um painel de 6 leds, cada um representando uma vaga.
Cada vaga, portanto possui um sensor (numerado conforme a vaga que representa). O
motorista antes ou mesmo depois de entrar no estacionamento, olhará o painel para localizar
uma vaga livre, mostrada por um led aceso - isso se dá pois quando a luz incide sobre o sensor
de cada vaga, o LDR abaixa sua resistência, permitindo que o led acenda – ou ocupada,
mostrada pelo led apagado – pois quando o carro estacionar em cima, o LDR será coberto por
sombra, aumentando sua resistência. Dessa forma, quando estacionamento for aplicado em
larga escala, havendo muito mais do que 6 vagas, o motorista pode se guiar por essa
indicação. O LDR também poderia ser utilizado, porém, de forma amplificada, assim como os
motores e micro-switchs.
Na saída, o sistema é o mesmo da entrada, com o carro passando pelos sensores
marcado com azul e posteriormente o vermelho. A utilização de dois sensores na cancela se
dá como medida de segurança, já que se fosse temporizado, e o motorista se distraísse, um
acidente poderia ocorrer.
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Figura 06 - Diagrama Funcional do Projeto
Um outro esquema do funcionamento da entrada do estacionamento está representado
na fig. 07, onde o sensor se localiza embaixo do carro, e quando coberto por sombra, aciona o
motor que levanta a cancela conforma indica o sentido do funcionamento:
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Figura 07 – Esquema da entrada do estacionamento
2.3 MATERIAL NECESSÁRIO
Os principais constituintes do projeto são: 10 LDRs de 5 mm, 4 Transistores TIP120, 4
Potenciômetros 1M, 10 LEDs de 5mm, 8 resistores 1,2K, 4 diodos 1N4148, 4 Relés de 6V, 4
capacitores 100 µF, fios, 4 motores 6V do tipo RF-300C, 4 Micro-Switchs, uma estrutura de
madeira, isopor e um protoboard de 3260 furos. A maioria são componentes eletrônicos
constituintes dos circuitos de ativação dos motores e dos leds. E que funcionando em
conjunto, em uma união sinérgica (proveitosa), se consegue aproveitar o máximo do projeto.
Elas estão representadas nas figs. 08 e 09.
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Figura 08 – Componentes do Projeto
Figura 09 – Estrutura de Madeira
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2.4 DIAGRAMAS ELETRÔNICOS
Para melhor entendimento dos circuitos eletro-eletrônicos apresentados, se faz
necessário uma breve definição dos principais componentes utilizados, suas funções, e como
os mesmos se relacionam.
2.4.1 LDR
LDR (do inglês Light Dependent Resistor ou em português Resistor Dependente de
Luz ) é um tipo de resistor cuja resistência varia conforme a intensidade de radiação
eletromagnética do espectro visível que incide sobre ele, e é o componente principal do
projeto. A fig. 10 mostra sua simbologia e formato.
Figura 10 – LDR comum
Um LDR é um transdutor de entrada (sensor) que converte a (luz) em valores de
resistência. É feito de sulfeto de cádmio (CdS) ou seleneto de cádmio (CdSe). Sua resistência
diminui quando a luz é muito alta, e quando a luz é baixa, a resistência no LDR aumenta. Um
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Luzhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Luzhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Sensor
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multímetro pode ser usado para encontrar a resistência na escuridão ou na presença de luz
intensa. Estes são os resultados típicos para um LDR padrão:
• Escuridão : resistência máxima, geralmente acima de 1M ohms.
• Luz muito brilhante : resistência mínima, aproximadamente 100 ohms.
Um LDR é sensível das faixas: Infravermelho(IR), Luz visível e Ultravioleta (UV).
Um LDR pode ser soldado de maneira simples, nenhuma precaução especial é requerida ao
fazê-lo, apenas deve-se ficar atento com aquecimento excessivo, como com qualquer outro
componente. A fig. 11 mostra diversos tipos de LDR.
Figura 11 – Diversos tipos de LDR
O LDR é muito frequentemente utilizado nas chamadas fotocélulas que controlam o
acendimento de poste de iluminação e luzes em residências. Também é utilizado em sensores
foto-elétricos assim como foto-diodos. O LDR utilizado no projeto foi o de 5mm.
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2.4.2 Relés
Relé é um dispositivo eletromecânico, com inúmeras aplicações possíveis em
comutação de contatos elétricos, servindo para ligar ou desligar dispositivos. É normal o relé
estar ligado a dois circuitos. No caso do Relé eletro-mecânico, a comutação é realizada
alimentando-se a bobina do mesmo.
Quando uma corrente originada no primeiro circuito passa pela bobina, um campo
eletromagnético é gerado, acionando o relé e possibilitando o funcionamento do segundo
circuito, conforme ilustra a fig. 12. Sendo assim, uma das aplicabilidades do relé é utilizar-se
de baixas correntes para o comando no primeiro circuito, protegendo o operador das possíveis
altas correntes que irão circular no segundo circuito (contatos).
Figura 12 – Funcionamento do Relé
Os relés podem ter diversas configurações quanto aos seus contatos: podem ter
contatos NA, NF ou ambos, neste caso com um contato comum ou central (C). Os contatos
NA (normalmente aberto) são os que estão abertos enquanto a bobina não está energizada e
que fecham, quando a bobina recebe corrente. Os NF (normalmente fechado) abrem-se
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quando a bobina recebe corrente, ao contrário dos NA. O contato central ou C é o comum, ou
seja, quando o contato NA fecha é com o C que se estabelece a condução e o contrário com o
NF. A fig. 13 mostra esse esquema de contatos.
Figura 13 – Esquema de contatos de um relé
Os relés não se limitam ao uso em carros. Pelo contrário, são largamente utilizados na
indústria. Os tipos de relés existentes e suas aplicações tem uma grande diversidade em várias
áreas como no setor de energia. Há também aplicações em automações residenciais e
comerciais, como no caso do projeto. A fig. 14 mostra diversos tipos de relés.
Figura 14 – Diversos tipos de relé
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2.4.3 Transistores
A pesquisa que levou à descoberta do transístor buscava um substituto para as válvulas
eletrônicas. O transístor é justamente isto: um substituto das válvulas. O transistor é
considerado por muitos uma das maiores descobertas ou invenções da história moderna, tendo
tornado possível a revolução dos computadores e equipamentos eletrônicos. A chave da
importância do transistor na sociedade moderna é sua possibilidade de ser produzido em
enormes quantidades usando técnicas simples, resultando preços irrisórios.
É conveniente salientar que é praticamente impossível serem encontrados circuitos
integrados que não possuam, internamente, centenas, milhares ou mesmo milhões de
transistores, juntamente com outros componentes como resistências e condensadores. São
utilizados principalmente como amplificadores e interruptores de sinais elétricos. A fig. 15
mostra diversos transistores presentes no mercado.
Figura 15 – Diversos tipos de Transistores
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Os materiais utilizados na fabricação do transistor são principalmente o Silício (Si), o
Germânio (Ge) e o Gálio (Ga). O silício é purificado e passa por um processo que forma uma
estrutura cristalina em seus átomos. O material é cortado em finos discos, que a seguir vão
para um processo chamado de dopagem, onde são introduzidas quantidades rigorosamente
controladas de materiais selecionados (conhecidos como impurezas) que transformam a
estrutura eletrônica, introduzindo-se entre as ligações dos átomos de silício, roubando ou
doando elétrons dos átomos, gerando o silício P ou N, conforme ele seja positivo (tenha falta
de elétrons) ou negativo (tenha excesso de elétrons).
O transístor é montado justapondo-se uma camada P, uma N e outra P, criando-se um
transístor do tipo PNP. O transístor do tipo NPN é obtido de modo similar. A camada do
centro é denominada base, e as outras duas são o emissor e o coletor . No símbolo do
componente, o emissor é indicado por uma seta, que aponta para dentro do transistor se o
componente for PNP, ou para fora se for NPN. Esse esquema é representado na fig. 16.
Figura 16 – Simbologia dos Transistores
O Transistor TIP120, utilizado no projeto, é um transistor do tipo NPN, que serve
como amplificador da corrente no circuito dos motores.
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2.4.4 Funcionamento dos Circuitos
A base de todo o funcionamento do projeto vêm do LDR, foto-sensores, que fornecem
soluções muito interessantes para criação de circuitos, no entanto, estes dispositivos não
funcionam sozinhos, precisando de circuitos apropriados.
Para obter mais sensibilidade e diretividade na ação do LDR temos duas opções. A
primeira (a) consiste em empregar um tubinho opaco de modo que ele (LDR) receba luz
apenas de uma direção. A segunda (b) consiste em se usar uma lente convergente que vai
permitir focalizar uma fonte de luz distante, conforme mostra a fig. 17. A maneira utilizada no
projeto foi o tubo opaco.
Figura 17 – Opções para maior diretividade do LDR
O controle de motores de corrente contínua a partir desses sensores oferece uma
possibilidade muita ampla de se automatizar projetos, podendo ser usados para ativar um
motor pela presença de luz ou por sombra. Porém, o sensor sozinho não pode acionar
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diretamente um motor, pois a corrente que ele controla é muito baixa. Assim, para que ele seja
usado com um motor ou amplifica-se essa corrente a ponto dela atuar sobre o motor
diretamente, utilizando um amplificador (capacitor) e um relé. Antes de se implantar o
circuito numa matriz de contatos, portanto, foi analisado seu princípio de funcionamento.
A grande vantagem de usar um relé no projeto está no fato de que isola-se o circuito
de controle (parte eletrônica) do motor. Evitando que o motor gere ruídos quando funciona,
devido à comutação de suas escovas ou interferência no funcionamento do circuito.
No projeto foi empregado como sensor um LDR (foto-resistor), que é um componente
que deixa passar mais corrente (sua resistência diminui) quando ele recebe luz. Para aumentar
a sua corrente usamos como amplificador um transistor que controla um relé. O ajuste da
sensibilidade do circuito é feito por um potenciômetro que determina exatamente o quanto de
luz necessita o sensor para mudar o estado do relé, e nesse ponto têm-se duas possibilidades
interessantes.
Na primeira, a corrente no transistor aumenta quando a luz que incide no LDR
aumenta e, portanto, sua resistência diminui. Isso significa que o relé será acionado com a luz,
fazendo com que o motor funcione. Mas o utilizado foi a segunda, na qual a corrente no
transistor aumenta quando a luz que incide no LDR é cortada ou diminui de intensidade. Isso
significa que o motor vai ser acionado pelo relé quando houver uma sombra sobre o sensor,
ou quando a luz for interrompida. Abaixo, a fig. 18 mostra os dois tipos de arranjo.
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Figura 18 – Os 2 tipos de acionamento
Na fig. 19, temos o diagrama completo do circuito de controle do motor. O relé
utilizado é de 6V, o LDR é do tipo redondo, comum, de qualquer tamanho e o potenciômetro
de ajuste pode ter valores entre 100 k ohms e 1 M ohms. Pelo fato do relé isolar o motor do
circuito eletrônico, podemos controlar motores ou cargas com qualquer tensão. O relé tem
dois contatos reversíveis, o que significa também que, ao ligar o motor, ele pode desligar
outra carga ou ainda acionar simultaneamente um LED, conforme foi feito.
Figura 19 – Circuito Eletrônico dos Motores
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Na fig. 20, temos o circuito das vagas, que será usado para todas as vagas (seis). É um
circuito simples, onde o LED indica caso a vaga esteje ocupada (Sombra sob o LDR,
causando alta resistencia, não possibilitando o acendimento do LED), ou livre (Luz sobre o
LDR, com pouca resistência, o LED acende).
O LED de 5mm utilizado funciona com 3V de tensão, contudo, se faz necessário uma
fonte de maior tensão pois o LDR, mesmo com baixa resistência (quando incide luz), ainda
produz uma resistência significativa. Portanto, o LED não precisa de uma resistência de
proteção.
Figura 20 – Circuito Eletrônico das Vagas
As figs. 21 e 22 mostram fotos do projeto: a primeira, o circuito das vagas, a segunda mostra
o circuito dos motores como foram feitos na matriz de contatos (protoboard);
Figura 21 – Vista frontal do circuito das vagas
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Figura 22 – Vista frontal do circuito do motor
A fig 23 mostra a concepção original do projeto:
Figura 23 – Parte Física planejada
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3. CONCLUSÃO
Com este trabalho, foi possível aprimorar e obter novos conceitos em relação à
automação, aplicando os conhecimentos adquiridos no curso de mecatrônica, e crescer como
um profissional em si. Também proporcionou a expansão dos conhecimentos em relação à
automação e mecatrônica em geral, na execução de um trabalho de conclusão de curso.
Apesar dos vários problemas enfrentados, como o mal funcionamento dos circuitos
originais, dimensionamento da cancela, mal contato, curto-circuitos, manejamento do
protoboard embaixo da estrutura de madeira e etc. O aprendizado que se deu ao se superar
esses obstáculos foi merecedor.
O projeto do Estacionamento Automatizado tem exatamente este efeito: A expansão
dos conhecimentos sobre o assunto (eletrônica e mecânica) e a sua apresentação e mostra em
feiras pode estimular e estender o interesse de qualquer pessoa para essa área. O que deu o
caráter diferencial do projeto foi especificamente o uso da optoeletrônica em conjunto com
motores para articular a idéia do estacionamento.
Foi possível ver, inclusive, como um projeto, não muito complexo, pode se tornar algo
grande, que servirá de algum modo para a sociedade e vida cotidiana. Conclui-se que, criando
um protótipo, podendo ou não ser inovador, expõe a tecnologia e criatividade da pessoa.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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. Acesso em: 26/09/2009, 19:46
BISHOP, Robert. The Mechatronics Handbook. Nova York: CRC Press, 2002.
BRAGA, Newton. Como Funcionam os Relés. São Paulo, 2008. Disponível em:
. Acesso em: 28/10/2009, 14:35
BRAGA, Newton. Mecatrônica Atual nº48. 2008. Figuras 07, 10, 16, 17, 18 e 19
EMERICK, Adailton. Histórico da Automação Industrial. Belo Horizonte, dez. 2008.
Disponível em: .
Acesso em: 26/09/2009, 20:10
FERREIRA, Marcos. O que é Mecatrônica. Belo Horizonte, ago. 2009. Disponível em:
. Acesso em:
26/09/2009, 19:30
MATIAS, José. Fotos de Eletrotecnia. 2007. Figuras 03, 11, 12, 13, 14 e 15
RIBEIRO, Marco. Automação Industrial. Salvador: Tek, 2001.
ROSÁRIO, João. Automação Industrial. São Paulo: Baraúna, 2009.
ROSÁRIO, João. Princípios da Mecatrônica. São Paulo: Pearson, 2005.
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ANEXOS
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ANEXO 01 – TABELA DE CUSTOS
ITEM TIPO UNIDADE QUANT CUSTOUNITÁRIO
TOTAL
LDR Material Unidade 10 R$1,35 R$13,50
Resistor 1,2K Material Unidade 10 R$0,05 R$0,50
Diodo 1N4148 Material Unidade 6 R$0,20 R$1,20
Relé 6V Material Unidade 4 R$4,90 R$19,60
Led Difuso Material Unidade 10 R$0,89 R$8,90
Motor 6V Material Unidade 2 R$6,70 R$13,40
Protoboard 3260furos
Material Unidade 1 R$75,60 R$75,60
Fio Material Metro 8 R$1,25 R$10,00
Capacitor 100µF Material Unidade 8 R$0,25 R$2,00PotenciômetroLinear 1M
Material Unidade 4 R$1,50 R$6,00
Madeira 1x1m Material Dimensão 1 R$30,00 R$30,00
Técnico emMecatrônica
Pessoal Horas 120 R$7,36 R$883,20
Total R$1063,90
Tabela 01 - Custos
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ANEXO 02 – CRONOGRAMA
Gráfico 01 - Cronograma
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ANEXO 03 – DIÁRIO DE BORDO
Semana 1
Nesse fim do mês de agosto, ocorreu-se a finalização da idealização do projeto final (que
havia sendo pensado já a algum tempo), com a organização de um planejamento ‘superficial’
da montagem e execução do projeto.
Semana 2
No início de setembro, eu pesquisei preços de componentes do projeto na Internet,formulando a relação de materiais constituintes do projeto, e a elaboração do estudo de
viabilidade. O Circuito eletrônico do projeto (sensores que acionam motores e leds) foi
conseguido, adiantando bastante o projeto.
Semana 3
Essa semana foi dedicada ao desenvolvimento do Desenho construtivo do projeto e do
estudo e formatação do esquema elétrico-eletrônico do projeto. Houve também a compra dosmateriais necessários no site do Solda Fria (avaliado como melhor opção de compra),
confirmando os custos relatados no estudo de viabilidade.
Semana 4
Nessa semana se decorreu a chegada dos materiais comprados no Solda Fria na
semana anterior, e dimensionamento da base de madeira do estacionamento. As atividades
estão se dando conforme o planejamento inicial.
Semana 5
O início da montagem dos circuitos do projeto, com o auxílio do professor Alessandro, foi
a principal tarefa desempenhada na semana. Outros componentes eletrônicos pendentes foram
adquiridos, assim, apenas a própria montagem e realização do projeto é o que falta pra sua
conclusão.
O desenvolvimento da Introdução da parte escrita do projeto foi iniciada (relatando aquestão histórica relacionando-a com o projeto), assim como a Capa, folha de rosto, e resumo.
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Semana 6
Prosseguimento da montagem dos circuitos do projeto e revisão do esquema eletrônico, a
Introdução da parte escrita do projeto, juntamente com a capa, folha de rosto e resumo foram
concluídos. Houve também a compra de fios na eletrônica Elite, para posterior uso no projeto.
Semana 7
Os circuitos das vagas foram concluídos, apenas faltando os circuitos dos motores (que
devem funcionar com sombra e não com luz, como os leds das vagas). Se decorreu o início da
elaboração do desenvolvimento da mesma parte escrita. Também se adquiriu a madeira para amontagem da “maquete” do estacionamento.
Semana 8
A madeira para a montagem da “maquete” do estacionamento foi montada, com furos
localizados onde os componentes eletrônicos entrarão. O desenvolvimento da parte escrita
está sendo concluída, contendo revisão bibliográfica e os diagramas do projeto.
Foi adquirido componentes para testes no circuito, e uma nova pesquisa sobre o LDR foi
feita, tudo afim de solucionar o circuito.
Semana 9
A madeira para a montagem da “maquete” do estacionamento foi ‘pintada’ de branco,
dando uma melhor aparência a ela. A cancela da entrada do estacionamento está sendo feita
Finalização da montagem dos circuitos do projeto, o que foi possível pela adição de
componentes como relés e capacitores. Os LDR foram envolvidos em tubinhos opacos (de
cartolina preta), para não sofrer interferência dos seus lados. A parte escrita foi concluída, já
contendo os circuitos e o diagrama funcional do projeto.
Semana 10
Conclusão do Projeto.
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ANEXO 04 – DATASHEETS
DIODO 1N4148
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TRANSISTOR TIP120
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LDR
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RELÉ
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Motor RF-300C 6V