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CEDTEC – CENTRO DE ESPECIALIZAÇÃO E DESENVOLVIMENTO TÉCNICO
JOCENILTON RIBEIRO
LARISSA BARBOSA
PAOLA MARÇAL
PETTERSON AZEVEDO FEHLBERG
RICARDO PIMENTA LEONEL
UTILIZAÇÃO DA PORTA PARALELA PARA AUTOMAÇÃO
RESIDENCIAL
SERRA
2010/1
JOCENILTON RIBEIRROPAOLA
LARISSAPETERSON
RICARDO PIMENTA LEONEL
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
SERRA2010/1
6
Projeto final apresentado ao curso de automação do CEDTEC – Centro de Especialização e Desenvolvimento Técnico – como requisito parcial para obtenção de título de Técnico em Automação Industrial.
Orientador: Prof. Etevaldo
JOCENILTON RIBEIRROPAOLA
LARISSAPETERSON
RICARDO PIMENTA LEONEL
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Aprovados em: _______ / Junho / 2010
Prof. _________________________________ Ass. _______________________
Prof. _________________________________ Ass. _______________________
Prof. _________________________________ Ass. _______________________
7
Projeto final apresentado ao curso de automação do CEDTEC – Centro de Especialização e Desenvolvimento Técnico – como requisito parcial para obtenção de título de Técnico em Automação Industrial.
Orientador: Prof. Etevaldo
Agradecemos a princípio a Deus, que nos permitiu a inteligência.
Aos nossos pais por se constituírem diferentemente enquanto
pessoas, igualmente belos e admiráveis em essência, estímulos que
me impulsionaram a buscar vida nova a cada dia, meus
agradecimentos por terem aceitado se privar de minha companhia
pelos estudos, concedendo a mim a oportunidade de me realizar
ainda mais.
Aos colegas de classe pelo convívio fraternal.
Aos nossos orientadores, pelas orientações precisas em todos os
momentos solicitados.
8
RESUMO
O trabalho mostra de forma simples as diversas formas que a porta paralela pode
ser utilizada para a realização da automatização residencial. A porta paralela foi
desenvolvida para a comunicação entre o computador e a impressora, mas com a
chegada da porta USB, está sendo pouco utilizada. Todos os computadores ainda
são fabricados com uma porta paralela disponível, mesmo não sendo muito
utilizada. O objetivo desse projeto é despertar o interesse, principalmente de
estudantes e professores da área de automação, para as diversas possibilidades
do uso da porta paralela na automatização residencial. Para utilizar a porta
paralela não são necessários circuitos complexos, comparando com a porta USB,
por exemplo. Através da porta paralela é possível controlar vários dispositivos
como motores, sensores, ligar e desligar aparelhos elétricos, portão eletrônico,
movimentos de câmeras de segurança, tudo isso através do computador, que a
maioria das residências tem.
Palavras chave: Porta paralela; automação residencial; motor de passo.
9
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 12
1.1 Estrutura da monografia ........................................................................................... 13
2. AUTOMAÇÃO RESIDÊNCIAL ...................................................................................... 14
2.1
Integração ....................................................................................................................14
2.2
Benefícios ...................................................................................................................15
3. MOTOR DE PASSO .......................................................................................................16
3.1. Definições para Motores a Passo............................................................................ 16
3.2. Parâmetros Importantes .......................................................................................... 17
3.3. Tipos de Motores de Passo ..................................................................................... 18
3.4. Funcionamento básico do motor de passo ........................................................... 18
3.5. Aplicações com motor de passo ............................................................................. 24
3.6. Controladores para motor de passo........................................................................ 27
3.7. Vantagens e desvantagens do motor de passo .................................................... 27
4. PORTA PARALELA....................................................................................................... 29
4.1 Modelos de porta paralela ........................................................................................ 29
4. 2 Extensão do cabo paralelo ...................................................................................... 30
4.3 Endereços da porta paralela ..................................................................................... 30
4.4 Registradores .............................................................................................................
31
4.5 O conector DB25 ........................................................................................................
31
5. SOFTWARE DE CONTROLE PARA A PORTA PARALELA ...................................... 34
6. PROTÓTIPO ..................................................................................................................
36
6.1 Funcionamento do protótipo............................................................................ 36
6.2 Circuito utilizado ............................................................................................... 36
6.3 Descrição técnica dos componentes utilizados ................................................ 37
10
6.4 Controle do motor de passo ............................................................................. 38
6.5 Identificando o fio comum do motor de passo ................................................ 39
6.6 Identificando as bobinas do motor de passo .................................................. 41
6.7 Testando o circuito ......................................................................................... 42
7. CONCLUSÃO ................................................................................................................ 43
9.REFERENCIAS...............................................................................................................44
11
1. INTRODUÇÃO
A presente monografia tem como tema “Automação residencial” que nos últimos
anos tem apresentado um grande desenvolvimento, pois é uma área de diversas
aplicações que são desenvolvidas para facilitar o dia-a-dia das pessoas,
proporcionando as mesmas, conforto, segurança e agilidade. Com o tema
adotado, surgiu à seguinte problemática: Alto custo na automatização de uma
residência? Hoje em dia existem empresas no mercado que automatizam uma
residência completamente, mas o custo é muito alto, ainda mais se a residência
não tem infraestrutura para isso. Buscamos então uma forma mais barata, simples
e pratica para automatizar alguns itens em uma residência. A hipótese que se
tinha era a utilização da porta paralela. Eliminando a idéia inicial da IBM, de que a
essa porta só serve para se conectar uma impressora. É usada para capturar
dados de diversos dispositivos, e também controlar diversos aparelhos, que, por
algum motivo e finalidade, necessita ser conectado ao computador. Através da
porta paralela podem-se automatizar portões, ventiladores, sistema de iluminação,
sistema de irrigação, sistema de segurança. Nesse universo, a automação
residencial se desenvolveu tendo como objetivo principal a melhoria do estilo de
vida dos ocupantes de uma edificação através do aumento do conforto ambiental,
da segurança física e do aumento da eficiência energética da casa ou escritório.
Esse tipo de automação passou a ser sinônimo para a integração a uma tendência
mundial, é um mercado em crescente expansão e com um potencial bastante
expressivo, onde existem inúmeras formas e produtos para facilitar as atividades
do cotidiano. Da função mais simples as mais complexas, existem um ou mais
sistemas de automação que permite que cada ponto de uma residência seja
12
controlado de modo inteligente, tanto individualmente quanto em conjunto com o
restante do sistema. A relevância deste trabalho é colocar à disposição da
sociedade, conhecimento e tecnologia, de forma a contribuir com o bem estar de
todos. Outro fator importante é o estudante fazer seu aprendizado de forma crítica
e prática. Nesse contexto o elemento motivador desse trabalho foi o índice de furto
que vem ocorrendo em áreas residenciais. A metodologia utilizada para melhor
atender o problema relativo à segurança, em particular está ligada aos furtos, foi
observado em noticiários à ocorrência freqüente desse tipo de delito, a partir
dessas observações, foi traçada uma linha de desenvolvimento do projeto. Em
resumo as ações desenvolvidas foram:
Identificação de tecnologias disponível no mercado que podem ser
aproveitadas no processo;
Uso de programação especifica;
Confecção de um protótipo para simular a utilização da porta paralela.
1.1 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA
Este trabalho é dividido em Sete capítulos, cada um apresentado da seguinte
forma:
O capítulo 1 introdução
O capitulo 2 falara sobre automação residencial
O capítulo 3 funcionamento do motor de passo.
O capitulo 4 falara sobre porta paralela.
O capítulo 5 software para porta paralela.
O capitulo 6 funcionamento do protótipo.
O capitulo 7 conclusão.
13
2. AUTOMAÇÃO RESIDÊNCIAL
Muito se fala sobre as "novidades" tecnológicas que irão equipar nossos lares no
futuro próximo. E este é o problema, estamos sempre falando em "futuro", está já
na hora de vivermos o presente da Automação Residencial. Por outro lado, alguns
equipamentos (sem dúvidas eficientes) são instalados, como que aleatoriamente,
impulsionados pela onda mercadológica do momento e acabam resolvendo alguns
problemas localizados, mas sem nenhuma integração entre si, isto acaba
resultando em frustrações para os usuários da Automação, que acabam
convivendo com sistemas autônomos e muitas vezes de difícil operacionalidade.
Sempre dentro da visão de que, embora o mercado apresente uma série de
obstáculos ainda, seu potencial é enorme e tende a se materializar rapidamente.
Como qualquer mercado emergente, no início podem até ser aceitas algumas
improvisações, porém só irão sobreviver os profissionais seriamente empenhados
em apresentar soluções permanentes e de qualidade aos seus clientes.
2.1 Integração
Uma das principais preocupações dos projetistas e instaladores de sistemas de
Automação Residencial deve ser a integração entre eles. Os produtos modernos,
embora muitas vezes de complexa tecnologia, dispõem de interfaces "amigáveis"
para que possam ser operados com certa facilidade pelo usuário final. No entanto,
quando uma série de produtos destes trabalham sem comunicação entre si, o
resultado na maioria das vezes é uma grande confusão operacional, imagine, por
exemplo, dois sistemas de iluminação independentes (iluminação de emergência e
iluminação por zonas) atuando de forma separada, um deles se utilizando de
14
sensores de presença e outro baseado em controle remoto ou dois sistemas de
vídeo na mesma residência (fato muito comum envolvendo o Circuito Fechado de
TV que não se comunica com o sistema do Home Theater, o que obriga a
existência de monitores dedicados, custos duplicados, etc.) Quando se prevê um
cabeamento prévio das residências, toda esta integração pode ser obtida ao final
e a um custo muito pequeno. Quando isto não é previsto em projeto. Bem, aí
temos a improvisação e o desperdício, que sempre resultam em prejuízos
financeiros e dificuldades operacionais. Hoje quando falamos em integração de
sistemas podemos facilmente considerar aplicações que até meses atrás seriam
pura ficção científica. Quais? Imagine a conexão da Internet com os controles
residenciais. Tudo aquilo que você controla dentro de sua casa, através de uma
simples conexão á Internet poderá ser estendido a praticamente qualquer local.
Ou seja, com seu laptop, de qualquer lugar, você vai poder gerenciar o que ocorre
em sua residência, com todos os equipamentos e serviços lá instalados, inclusive
com imagens. Ou quando você estiver viajando e quiser acionar um equipamento
de segurança ou a bomba da piscina basta discar pelo telefone e digitar os
códigos pré estabelecidos. Para se ter uma idéia do interesse que este mercado
desperta, basta dizer que corporações gigantes como Microsoft, Intel, Mitsubishi,
Phillips, Honeywell e outras formaram um consócio e estão atuando em conjunto
na busca de soluções integradas, visando objetivamente o mercado residencial.
2.2 Benefícios
Como qualquer novidade, a Automação Residencial inicialmente é percebida pelo
cliente como um símbolo de status e modernidade. No momento seguinte, o
conforto e a conveniência por ela proporcionados passam a ser decisivos. E por
fim, ela se tornará uma necessidade vital e um fator de economia (lembra-se da
evolução da telefonia celular entre nós?). É neste sentido que desejamos
estimular o desenvolvimento destas idéias e propagá-las entre os profissionais.
Para que estejamos preparados, desde o início, para absorver a demanda deste
emergente mercado e participemos ativamente do seu crescimento.
15
3. MOTOR DE PASSO
O motor de passo é um transdutor que converte energia elétrica em movimento
controlado através de pulsos, o que possibilita o deslocamento por passo, onde
passo é o menor deslocamento angular. Com o passar dos anos houve um
aumento na popularidade deste motor, principalmente pelo seu tamanho e custo
reduzidos e também a total adaptação por controle digitais. Outra vantagem do
motor de passos em relação aos outros motores é a estabilidade. Quando
quisermos obter uma rotação específica de um certo grau, calcularemos o número
de rotação por pulsos o que nos possibilita uma boa precisão no movimento. Os
antigos motores passavam do ponto e, para voltar, precisavam da realimentação
negativa. Por não girar por passos a inércia destes é maior e assim são mais
instáveis.
3.1. Definições para Motores a Passo
Antes de explicarmos os tipos de motores e o funcionamento em si, definiremos
algumas outras expressões a fim de tornar o texto mais claro.
Rotor = É denominado rotor o conjunto eixo-imã que rodam solidariamente na
parte móvel o motor.
Estator = Define-se como estator a trave fixa onde as bobinas são enroladas.
Abaixo segue uma figura onde podemos ver as partes mencionadas (o rotor à
esquerda e o estator a direita).
16
Figura 01 Figura 02
3.2.Parâmetros Importantes
- Graus por Passo = sem dúvida a característica mais importante ao se escolher o
motor, o número de graus por passo está intimamente vinculado com o número de
passos por volta. Os valores mais comuns para esta característica, também
referida como resolution, são 0.72,1.8, 3.6, 7.5, 15 e até 90 graus. Momento de
Frenagem = momento máximo com o rotor bloqueado, sem perda de passos.
- Momento (Torque) = efeito rotativo de uma força , medindo a partir do produto da
mesma pela distância perpendicular até o ponto em que ela atua partindo de sua
linha de ação. - Taxa de Andamento = regime de operação atingido após uma
aceleração suave. Momento de Inércia = medida da resistência mecânica
oferecida por um corpo à aceleração angular. Auto-Indutância = determina a
magnitude da corrente média em regimes pesados de operação, de acordo com o
tipo de enrolamento do estator: relaciona o fluxo magnético com as correntes que
o produzem. Resistências Ôhmicas = determina a magnitude da corrente do
estator com o rotor parado. Corrente máxima do estator = determinada pela bitola
do fio empregado nos enrolamentos. "Holding Torque" = é mínima potência para
fazer o motor mudar de posição parada. Torque Residual = é a resultante de todos
os fluxos magnético presente nos pólos do estator. Resposta de Passo = é tempo
que o motor gasta para executar o comando. Ressonância = como todo material,
o motor de passos tem sua freqüência natural. Quando o motor gira com uma
freqüência igual a sua, ele começa a oscilar e a perder passos. Tensão de
trabalho = normalmente impresso na própia chassi do motor, a tensão em que
17
trabalha o motor é fundamental na obtenção do torque do componente. Tensões
acima do estipulado pelo fabricante em seu datasheet costumam aumentar o
torque do motor, porém, tal procedimento resulta na diminuição da vida útil do
mesmo. Destaca-se que a tensão de trabalho do motor não necessariamente
deve ser a tensão utilizada na lógica do circuito. Os valores normalmente
encontrados variam de +5V à +48V.
3.3. Tipos de Motores de Passo
Relutância Variável = Apresenta um rotor com muitas polaridades construídas a
partir de ferro doce, apresenta também em estator laminado. Por não possuir imã,
quando energizado apresenta torque estático nulo. Tendo assim baixa inércia de
rotor não pode ser utilizado como carga inercial grande. Imã Permanente =
Apresenta um rotor de material alnico ou ferrite e é magnetizado radialmente
devido a isto o torque estático não é nulo. Híbridos = É uma mistura dos dois
anteriores e apresenta rotor e estator multidentados . O rotor é de imã permanente
e magnetizado axialmente. Apresenta grande precisão (3%), boa relação
torque/tamanho e ângulos pequenos (0,9 e 1,8 graus). Para que o rotor avance
um passo é necessário que a polaridade magnética de um dente do estator se
alinha com a polaridade magnética oposta de um dente do rotor.
3.4. Funcionamento básico do motor de passo
Normalmente os motores de passo são projetados com enrolamento de estator
polifásico o que não foge muito dos demais motores. O número de pólos é
determinado pelo passo angular desejado por pulsos de entrada. Os motores de
passo têm alimentação externa. Conforme os pulsos na entrada do circuito de
alimentação, este oferece correntes aos enrolamentos certos para fornecer o
deslocamento desejado, como veremos em breve. Falaremos agora então, mais
um pouco sobre motores com imã permanente. Além do número de fases do
motor, existe outra subdivisão entre estes componentes, a sua polaridade.
18
Motores de passo unipolares são caracterizados por possuírem um center-tape
entre o enrolamento de suas bobinas. Normalmente utiliza--se este center-tape
para alimentar o motor, que é controlado aterrando-se as extremidades dos
enrolamentos. Abaixo segue uma figura ilustrativa onde podemos ver que tal
motor possui duas bobinas e quatro fases.
Figura 03.
Diferentes dos unipolares, os motores bipolares exigem circuitos mais complexos.
A grande vantagem em se usar os bipolares é prover maior torque, além de ter
uma maior proporção entre tamanho e torque. Fisicamente os motores têm
enrolamentos separados, sendo necessário uma polarização reversa durante a
operação para o passo acontecer. Em seguida vemos uma ilustração do motor
bipolar.
Figura 04.
Um motor de corrente contínua, quando alimentado, gira no mesmo sentido e com
rotação constante, ou seja, para que estes motores funcionem, é necessário
19
apenas estabelecer sua alimentação. Com o auxilio de circuitos externos de
controle, estes motores de corrente contínua poderão inverter o sentido de rotação
ou variar sua velocidade. Para que um motor de passo funcione, é necessário que
sua alimentação seja feita de forma seqüencial e repetida. Não basta apenas ligar
os fios do motor de passo a uma fonte de energia e sim ligá-los a um circuito que
execute a seqüência requerida pelo motor. Existem três tipos básicos de
movimentos o de passo inteiro e o de meio passo e o micropasso, tanto para o
motor bipolar como para o unipolar. O de micropasso tem sua tecnologia não
muito divulgada, e baseia-se no controle da corrente que flui por cada bobina
multiplicado pelo numero de passos por revolução. Internamente, os motores têm
seus enrolamentos similares a figura.
Figura 05.
A energização de uma e somente uma bobina de cada vez produz um pequeno
deslocamento no rotor. Este deslocamento ocorre simplesmente pelo fato de o
rotor ser magneticamente ativo e a energização das bobinas criar um campo
magnético intenso que atua no sentido de se alinhar com as pás do rotor. Assim,
polarizando de forma adequada os bobinas, podemos movimentar o rotor somente
entre as bobinas (passo inteiro), ou entre as bobinas e alinhadas com as mesmas.
Abaixo segue os movimentos executados.
20
- Motor bipolar com passo inteiro
Figura 06.
- Motor bipolar com meio passo
Figur
a 07.
- Motor unipolar com passo inteiro
21
Figu
ra 07.
- Motor unipolar com meio passo
Figura 08.
Abaixo segue uma tabela com a seqüência que deve ser alimentada as bobinas
do motor.
22
Figura 09.
Para que se obtenha uma rotação constante é necessário que a energização das
bobinas seja periódica. Esta periodicidade é proporcionada por circuitos
eletrônicos que controlam a velocidade e o sentido de rotação do motor.
A pequeno ângulo deslocado pelo rotor depende do número de dentes do mesmo
assim como o número de fases do motor. Preferimos não explicar mais
detalhadamente este tópico minuciosamente, por ser de grande dificuldade de se
explicar à movimentação dos dentes do rotor pelo estator bidimensionalmente. Em
geral, o número de dentes do rotor multiplicado pelo número de fases revela o
número de passos por revolução. Por se tratar de sinais digitais, fica fácil
compreender a versatilidade dos motores de passo. São motores que apresentam
uma gama de rotação muito ampla que pode variar de zero até 7200 rpm;
apresentam boa relação peso/potência; permitem a inversão de rotação em pleno
funcionamento; alguns motores possuem precisão de 97%; possuem ótima
frenagem do rotor e podem mover-se passo-a-passo. Mover o motor passo-a-
passo resume-se ao seguinte: se um determinado motor de passo possuir 170
passos, isto significa que cada volta do eixo do motor é dividida 170 vezes, ou
seja, cada passo corresponde a 2,1 graus e o rotor tem a capacidade para mover-
se apenas estes 2,1 graus. Didaticamente falando, o sistema de controle se
baseia em um circuito oscilador onde seria gerado um sinal cuja freqüência estaria
23
diretamente relacionado com a velocidade de rotação do motor de passo. Esta
freqüência seria facilmente alterada (seja por atuação em componentes passivos
seja por meio eletrônico) dentro de um determinado valor assim, o motor
apresentaria uma rotação mínima e uma máxima. A função "Freio" se daria
simplesmente pela inibição do sinal gerado pelo oscilador. O próximo passo seria
providenciar um circuito amplificador de saída, pois algumas aplicações exigem
uma demanda de corrente relativamente elevada. Caberia ao circuito amplificador
de saída fornecer estas correntes de forma segura, econômica e rápida. O circuito
amplificador de saída seria constituído de transistores e/ou dispositivos de
potência que drenam corrente em torno de 500 mA ou mais. Motores de passo
geralmente suportam correntes acima de 1,5 Ampère. O amplificador de saída é o
dispositivo mais solicitado em um projeto de controle de motor de passo. Devido
às variações de trabalho a que pode ser submetido o motor de passo, um
amplificador mal projetado pode limitar muito o conjunto como um todo. Um
exemplo destas limitações pode ser facilmente entendido. Um motor de passo
girando a altas rotações, repentinamente é solicitado a inverter sua rotação (como
ocorre em máquinas CNC e cabeçotes de impressão). No momento da inversão
as correntes envolvidas são muito altas e o circuito amplificador deve suportar tais
drenagens de corrente. O torque do motor de passo depende da freqüência
aplicada a alimentação. Quanto maior a freqüência, menor o torque, porque o rotor
tem menos tempo para mover-se de um ângulo para outro. A faixa de partida
deste motor é aquela na qual a posição da carga segue os pulsos sem perder
passos, a faixa de giro é aquela na qual a velocidade da carga também segue a
freqüência dos pulsos, mas com uma diferença: não pode partir, parar ou inverter,
independente do comando.
3.5. Aplicações com motor de passo
Como os motores de passos têm movimentos precisos, qualquer equipamento que
precise de precisão no movimento utilizaram estes motores.
Podemos citar pôr exemplo o controle de microcâmeras num circuito interno de
vigilância, em clínicas radiológicas no auxílio de operadores para os mesmos
24
orientarem o posicionamento das pessoas submetidas a uma radiografia,
posicionamento de uma mesa de trabalho em duas dimensões, furação
automática de acordo com instruções em fita sobre as posições dos furos. A
seguir veremos algumas aplicações mais detalhadamente.
Aplicação 1: A primeira aplicação relatada é de um scanner óptico. O projetista
do laser utilizado para o scanner tem que rotacionar precisamente uma rede de
difração com o controle do computador para ajustar a freqüência do laser. A rede
precisa ser posicionada com um erro máximo de 0.05º. A alta resolução do
micromotor de passo e a ausência de movimentos não previstos quando este pára
o tornam ideal.
Figura 09.
A solução encontrada: como a inércia da rede é igual a 2% da inércia do motor ela
pode ser ignorada. A situação exigia um pequeno motor. Um micromotor de
passo, que produzia um grande torque foi selecionado. Através da interface
utilizando o protocolo IEEE-4888 controlada por um simples programa escrito em
BASIC, o micromotor funcionou de forma satisfatória. Abaixo segue uma figura
ilustrativa do problema.
25
Figura 09.
Aplicação 2: Esta segunda aplicação tem por objetivo mostrar o uso dos motores
de passo, acoplado a engrenagens, na movimentação de telescópios.
Comparadas às aplicações que utilizam apenas micromotores, as engrenagens
apresentam baixa eficiência, desgaste e podem ser barulhentas. As engrenagens
são justamente úteis, para romper grandes inércias, pois a inércia refletida de
volta para o motor através das engrenagens é dividida pelo quadrado da inércia
aplicada a elas. Desta maneira, grandes cargas inerciais podem ser
movimentadas enquanto o rotor mantem uma carga menor. No caso descrito era
necessário vasculhar fenômenos celestiais em velocidade baixa de 15º por hora e
em velocidade alta em 15º por segundo. Assim, utilizando uma caixa de
engrenagens que reduz de 30:1, 30 revoluções dadas pelo motor equivalem a
uma rotação de 360º dada pelo telescópio, foi desenvolvido o projeto.
A velocidade de tracking de 15º por hora corresponde 1.25 revoluções por hora,
ou em torno de 9 passos por segundo para uma resolução de 25000 passos por
26
revolução. A velocidade de 15º por segundo requere 1.25 rps para o mesmo
motor. A lei do inverso do quadrado faz com que o motor sofra uma carga de
1/900 da inércia rotacional do telescópio. Na figura abaixo mostra o esquema do
projeto.
Figura 10
3.6. Controladores para motor de passo
Nesta etapa falaremos um pouco sobre circuitos que podem controlar os motores
adequadamente. Destacamos que como as cores dos fios que levam energia as
bobinas não são padronizados. Portanto não comentaremos sobre a ordem certa
de polarização utilizando as cores dos fios. a primeira etapa, falaremos sobre o
controle de um motor de passo diretamente pelo computador. Através da porta
paralela visaremos controlar um motor de quatro fases e unipolar através da
excitação por passo-inteiro. Pesquisando os drivers existentes, descobrimos o CI
ULN2003 que é um 7bit 50V 500mA TTL-input NPN darlington driver, que funciona
como amplificador. Obviamente toda a lógica deve ser exercida pelo computador
inclusive a da ordem de excitação das bobinas. Abaixo segue o circuito elétrico
mostrando a ligação entre o motor e a porta.
27
Figura 11.
Destaca-se que o diodo zener foi utilizado como intuito de absorver o campo
eletromagnético reverso produzido pelo motor quando o mesmo é desligado. A
inversão observada nos pinos de entrada 3 e 4 do ULN2003 são necessárias para
manter a ordem certa de ativação das bobinas.
3.7. Vantagens e desvantagens do motor de passo
Em relação aos primeiros motores o motor de passos apresenta evidentes
vantagens, como tamanho e custo reduzidos, total adaptação a lógica digital (o
que permite o controle preciso da velocidade direção e distância), características
de bloqueio , pouco desgaste e dispensa realimentação. São poucas as
desvantagens mais elas existem: má relação potência - volume e principalmente
controle relativamente complexo.
28
4. PORTA PARALELA
A porta paralela é uma interface de comunicação entre o computador e um
periférico. Quando a IBM criou seu primeiro PC (Personal Computer) ou
computador Pessoal, a idéia era conectar a essa Porta uma impressora, mas
atualmente, são vários os periféricos que se utilizam desta Porta para enviar e
receber dados para o computador (exemplos: Scanners, Câmeras de vídeo,
Unidade de disco removível e outros). A partir do sistema operacional Windows 95
tornou-se possível efetuar comunicação entre dois computadores através da porta
paralela, usando um programa nativo chamado "comunicação direta via cabo".
Esta rede é muito simples de ser implementada, bastando apenas a utilização de
um cabo DB25, conectado entre os dois computadores. É, no entanto, necessária
29
uma configuração específica nos cabos para que a rede possa funcionar
corretamente.
Através do conhecimento de eletrônica e linguagem de programação como: C/C+
+/C++Builder, Pascal/Delphi ou mesmo o Visual Basic, poderá ser desenvolvido
um programa que controle um aparelho conectado à Porta paralela, ou um
programa de transferência de arquivos entre dois computadores, utilizando um
cabo paralelo como meio de transmissão. O conhecimento de Eletrônica servirá
para desenvolver a placa Eletrônica, que será conectada ao DB25 da porta
paralela. Este capitulo fornecerá conhecimentos sobre a porta paralela, que o fará
compreender e utilizá-la, de uma maneira não convencional, isto é, não somente
para ser utilizada com uma impressora, mas também como qualquer outro
aparelho, que o usuário tenha conhecimento sobre seu funcionamento, desejando
controlá-lo através de seu Personal Computer, como diz a IBM.
4.1 Modelos de porta paralela
Transmissão unidirecional
A porta paralela SPP (Standard Parallel Port) pode chegar a uma taxa de
transmissão de dados a 150KB/s. Comunica-se com a CPU utilizando um BUS de
dados de 8 bits. Para a transmissão de dados entre periféricos são usado 4 bits
por vez.
Transmissão bidirecional
A porta avançada EPP (Enhanced Parallel Port) chega a atingir uma taxa de
transferência de 2 MB/s. Para atingir essa velocidade, será necessário um cabo
especial. Comunica-se com a CPU utilizando um BUS de dados de 32 bits.
Para a transmissão de dados entre periféricos são usado 8 bits por vez. A porta
avançada ECP (Enhanced Capabilities Port) tem as mesmas características que a
EPP, porém, utiliza DMA (acesso direto à memória), sem a necessidade do uso do
30
processador, para a transferência de dados. Utiliza também um buffer FIFO de 16
bytes.
4.2 Extensão do cabo paralelo
A extensão do cabo para interligar um computador a um periférico, é de no
máximo 8m. Na prática, utiliza-se um cabo com extensão menor. Quanto maior a
extensão do cabo, maior é a interferência na transmissão dos dados.
4.3 Endereços da porta paralela
O computador nomeia as Portas Paralelas, chamando-as de LPT1, LPT2, LPT3
etc, mas, a Porta física padrão de seu computador é a LPT1, e seus endereços
são: 378h (para enviar um byte de dados pela Porta), 378+1h (para receber um
valor através da Porta) e, 378+2h (para enviar dados). Às vezes pode está
disponível a LPT2, e seus endereços são: 278h, 278+1h e 278+2h, com as
mesmas funções dos endereços da porta LPT1 respectivamente.
Nome da
Porta
Endereço de
memóriaEndereço da Porta Descrição
LPT1 0000:0408378
hexadecimal888 decimal Endereço base
LPT2 0000:040A278
hexadecimal632 decimal Endereço base
Figura 12.
4.4 Registradores
Utilizando a Porta Paralela conectada a uma impressora, os endereços terão
nomes sugestivos, como segue abaixo:
31
NomeEndereços
LPT1
Endereços
LPT2Descrição
Registro de
Dados378h 278h
Envia um byte para a
impressora
Registro de
Status379h 279h Ler o Status da impressora
Registro de
Controle37Ah 27Ah
Envia dados de controle para a
impressora
Figura 13.
4.5 O conector DB25
O DB25 é um conector que fica na parte de trás do gabinete do computador, e é
através deste, que o cabo paralelo se conecta ao computador para poder enviar e
receber dados. No DB25, um pino está em nível lógico 0 quando a tensão elétrica
no mesmo está entre 0 à 0,4v. Um pino se encontra em nível lógico 1 quando a
tensão elétrica no mesmo está acima de 3.1 e até 5v. A figura abaixo mostra o
conector padrão DB25, com 25 pinos, onde cada pino tem um nome que o
identifica:
DB25 que fica atrás do Micro
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Figura 14.
Conector Macho do Cabo Paralelo
Figura 15.
Foto do conector DB25 macho do cabo Paralelo
Figura 16.
Esquema de funcionamento do DB25 no modo SPP
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Figura 17.
5. SOFTWARE DE CONTROLE PARA A PORTA PARALELA
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O acesso a porta paralela é através de softwares desenvolvidos em várias
linguagens tais como: Linguaguem C, Turbo Pascal, Basic e Assembler. Não
vamos abordar o tópico programação voltada a porta paralela, porque seria
necessário várias paginas para abordar esse assunto e ainda assim não seria
suficiente para um leigo sair programando tranqüilamente. Também fugiria do
nosso foco que é fazer experiências simples e praticas utilizando a porta paralela.
O aluno vendo o resultado rápido, através de softwares prontos e gratuitos, se
motivaria a criar mais protótipos e mais tarde criar seu próprio software.
Para o controle do nosso protótipo utilizamos o Lptmotor do site rogercom,
que controle um motor de passo. Tem a figura 23 e uma explicação no capitulo
5.4. sobre este programa.
Para um simples teste de ligar e desligar leds o programa “Porta paralela” é
ideal. Assim se faz o teste para saber se os pinos da porta paralela estão
enviando sinal corretamente e a seqüência correta dos pinos que serão utilizados.
Figura 18
35
Para uma automação um pouco mais avançada pode-se usar o Dspcom, com
esse programa pode-se controlar vários dispositivos em uma residência.
Figura 19
.
6. PROTÓTIPO
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6.1 Funcionamento do protótipo
Para mostrar que o uso da porta paralela é simples e pratico, faremos um
protótipo com a seguinte função, movimentar uma câmera de segurança utilizando
o motor de passo e a porta paralela.
Figura 20
6.2 Circuito utilizado
Neste circuito o CI 74LS541 funciona como um buffer protegendo a porta paralela
contra qualquer problema que houver no circuito. O CI ULN 2003 funciona como
uma chave que recebe nas entradas um sinal enviado da porta paralela, ligando o
circuito que alimenta as bobinas do motor de passo com 12v.
Figura 21
6.3 Descrição técnica dos componentes utilizados
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CI ULN 2003
Para acionarmos um motor de passo precisamos de um hardware específico,
chamado driver. O driver pode ser feito usando transistores de potência como os
BD135, DB241 etc., A maneira mais fácil é adquirir drivers prontos, como o ULN
2003 ou ULN2803, que nada mais são que arrays de transistores Darlington que
podem controlar correntes de até 500mA e tensão até 50v, estão em forma de
circuitos integrados prontos para serem usados em interfaces que necessitem
controlar motores de passos, solenóides, relês, motores DC e muitos outros
dispositivos.
CI 74LS541
É um circuito integrado (buffer octal), que tem a função de proteger a Porta
Paralela e, ao mesmo tempo, fornecer os níveis de corrente elétrica suficientes
para ativar os Circuitos Integrados.
MOTOR DE PASSO UNIPOLAR PM35L-048
Figura 22
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6.4 Controle do motor de passo
Para o controle do motor de passo foi usado um software pronto do site
Rogercom, o Lptmotor. Esse programa é disponível gratuitamente pelo site.
O Lptmotor permite controlar o tipo de passo, selecionar controle manual ou
automático, sentido horário ou anti-horário, controlar velocidade, um controle total.
Figura 23
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6.5 Identificando o fio comum do motor de passo
Alguns motores tem 6 fios, 4 são para controlar o motor e os outros 2 são
'comuns'. A resistência entre esses 2 fios são infinitas, isso porque eles estão
isolados, o que temos a fazer é juntá-los, formando um único terminal 'comum'
onde será ligado ao positivo da fonte de alimentação. Quando um motor tem 6 fios
fica muito mais fácil descobrir quais são os 'comuns'.
Quando o motor tem 5 fios e não estão identificados, precisamos saber
dentre os vários fios do motor de passo, qual é o fio 'comum', aquele que será
ligado aos 12v da fonte de alimentação. Para descobri-lo, é necessário fazer as
edições conforme a figura 24 e a figura 25.
Quando encontramos o fio comum, a resistência é a menor possível:
Figura 24
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Quando não encontramos o fio comum a resistência é o dobro:
Figura 25
6.6 Identificando as bobinas do motor de passo
A identificação da seqüência correta das bobinas do motor de passo é
fundamental para a utilização do mesmo. Muitas pessoas reclamam que a
experiência com o motor de passo não deu certo por não saber identificar as
bobinas corretamente. Para fazer esta identificação é necessário fazer o seguinte
teste:
Encoste o fio comum no positivo e os outros fios encoste no negativo, um
por um, até que seja observado 4 passos no mesmo sentido. Em seguida marque
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cada fio com uma etiqueta como bobina 1, bobina 2, bobina 3 e bobina 4. Veja a
figura como é feito o teste.
Figura 26
6.7 Testando o circuito
Fizemos um teste do circuito no protoboard e vimos que funcionou perfeitamente.
Utilizamos uma webcam para simular uma câmera de segurança.
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Figura 27
7. CONCLUSÃO
Com este trabalho alcançamos nosso objetivo de identificar uma forma de
automatizar uma residência com baixo custo de investimento, circuitos eletrônicos
simples, práticos e didáticos. Podendo usar esse conhecimento básico nas salas
de aula para desenvolver projetos. Esperamos que alunos de automação possam
usar esse trabalho para desenvolver projetos ainda mais complexos.
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8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
http://www.cesarkallas.net/arquivos/faculdade/eletronica/projeto.pdf
http://www.oficinaaberta.com.br/informatica/automacao/automacao.asp
http://www.memoconta.com.br/automacao.htm
http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_falando_de_automacao_predial.php
http://www2.eletronica.org/artigos/outros/estudo-do-motor-de-passo-e-seu-controle-digital
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