1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE
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1. Direct current corrente continua RTC Real Time Clock 12C Inter Integrated Cicuit REST Representational State Transfer Regex Regular Expression 10 SUM RIO Ta introdu o 555 ae nsalo socio dante apa dis e EA E AE DA ATO 12 1 1 CONSIDERA ES INICIAIS mensie pernas Ae AUD cae Veen ee DER Sees 12 1 2 ODIGUVOS sines lesse sie nina pa ines asi ic raia 13 VS Justificativa contada aee steel Senate a See e E A gd 13 E RO ico o o 6 0 RIR O aa RA ER Ra RR DER REDE RD ERR RR e DD DDo 13 1 5 Estrutura do Trabalho gi 2s ccsces cee deceyica ve enced aa Da aa RSRS REDE a nas DRA DD DD edi asa 13 2 Base te rica bibliogr fica asso snsnasne soros a aa a tes Ea ao DE aa DD DD Galsos sado cansa Mass oa essas ssa 14 21 Microcontroladores di RAE DE a TI Ra e DR 14 2 1 1 Fam lias de microcontroladores eras 15 2 2 Sistemas SUPENVIS TIOS supra cssinioasin nie cobennearasdubidancenapseeced DD DD DD Ai Ia 17 2 3 Protocolos de comunica o eee aaaaeaaeeaaaeaaaraaaa 18 3 Componentes do prot tipo cccccccececcceeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeesaaaaaaaeneeeeeeeess 20 3 1 Sensores e atuadores sis RED A DEDO DEDO DEA DD aeee 20 3 1 1 Sensor ultrass nico AC SRO4 sisasios missgass onto aa ae aa DE face cetaceans 20 3 1 2 Servo motor de rota o continua SM S4303R 21 3 2 Micracontrolador ecer hh ara da A ana ta2. This work was developed for domestic usage but it surely can be expanded for industrial usage as in the creation of animals for slaughter Key words Pet feeder animal microcontrollers Arduino Wifi Sensors Servo Motor LISTA DE FIGURAS Figura 2 1 Diagrama de Blocos de um microcontrolador 14 Figura 2 2 Diagrama de blocos do funcionamento da arquitetura Havard 15 Figura 2 3 Diagrama de blocos do funcionamento da arquitetura Von Neumann 16 Figura 2 4 Diagrama de blocos do funcionamento dos microcontroladores da fam lia AV a SRS RENNES PN a O PRE 17 Figura 3 1 Sensor Ultrass nico HC SRO4 area 21 Figura 3 2 Controle de um servo motor e eee eteteeeeeeeeeeeeaaaaaeeeaneeeeeeeees 22 Figura 3 3 Servo motor de rota o continua SM S4303R 22 Figura 3 4 Arquitetura do arduino YUN e sieeeeeaa aaa nanananaaaaaaa 23 Figura 3 5 Arduino YUN ereta aaaaanaaa aaa aaaaaaaenaaaaaana 24 Pigtira 3 6 Modulo RTO sas a ada DD ps detec Dag SD o SAL ARE en eevee tes 25 Figura 4 1 Teste e aferimento do sensor ultrass nico aa ane a ea nnnnoo 26 Piguia 4 2 Teste dos LEDS sanar ads a a aas asses dt aaae 27 Figura 4 3 Teste e aferimento do servo motor a aa aa a aa ai cea cea aa aa aia nai nDDo 27 Figura 4 4 A Servo motor acoplado a v lvula borboleta B Sensor ultrass
3. client parseInt chk 1vl TRIGGER PIN DISPENSER chk lvl TRIGGER PIN BOWL 1 Bowl 2 Dispenser value CONTAINER LVL if sensor 1 value BOWL LVL 49 50 if value gt 1 value 1 if value lt 0 value 0 Manda um feedback para o cliente client println value Update datastore String key D key sensor Bridge put key String value Status do LED void ledStatus YunClient client int value Le o status do LED if led status value 1 else value 0 Manda um feedback para o cliente client printin value Update datastore String key D key LED D4 Bridge put key String value define o n vel vazio da vasilha de alimenta o void getEmp int value 51 ty YunClient client value chk_lvl TRIGGER_PIN_BOWL BOWL 1 EMPTY Manda um client client print print value feedback para o cliente value Lat em Update datastore String key Bridge key LED D ARO 4 put key String value define o n vel cheio da vasilha de alimenta o void getFull YunClient client int value value chk lvl TRIGGER PIN BOWL B
4. o de sistemas e aplica es visando melhoria da qualidade de vida das pessoas Estes produtos e sistemas est o hoje presentes em diversas reas e aplica es di rias se integrando t o bem ao ambiente como um todo que muitas vezes sua presen a n o nem mesmo notada Este um mercado que sempre dirigiu e atraiu a aten o das pessoas que por muitas vezes s o guiadas pelas novidades e facilidades propiciadas como solu o s correrias da vida cotidiana Segundo ABINPET 2012 o Brasil conta com mais de 102 milh es de animais de estima o o que movimenta um montante de cerca de 15 bilh es de reais anualmente A mesma ainda aponta outro fator que demonstra o imenso potencial do setor pet no Brasil sendo este o crescimento da quantidade de animais de estima o no pa s que soma uma taxa de 5 de crescimento ao ano Estes s o dois mercados promissores e com grandes potenciais a serem explorados O que ser discutido nesse trabalho se baseia nas proje es demonstradas pela ABINPET para o crescimento do setor e bem como a necessidade de muitas vezes os donos se afastem de casa por um per odo prolongado de tempo o que sempre levanta o receio com rela o aos cuidados com o animal de estima o CARRIDE 2008 Assim este trabalho se prop e a tentar utilizar sistemas embutidos para desenvolver um alimentador pet feeder para cuidado de animais de estima o com monitoramento remoto Existem outros trabalhos desenvolvido
5. o do animal Esse trabalho foi desenvolvido para o ambiente domiciliar por m podendo facilmente ser implementado em grande escala para ambientes industriais como cria es de animais destinados a abate Palavras Chave Alimentador animal microcontrolador Arduino Wifi Sensores Servo Motor ABSTRACT In a world with high demands and great competition where time many times mean money for sometimes there is a lack of time to complete basic domestic and personal obligations as the simple act of feed a pet for example In this context the automation usage starts to be done looking for turn more easy and simple the daily obligations and optimize the way people use their time Based on this scenario which is predominant in great part of homes nowadays this work was idealized Its main purpose is offer a simple efficient and reliable solution responsible for automatize the pet feeder process also it will provide a way to track the remaining pet food supply and send alerts via e mail when it is near the end To do so an Arduino Yun microcontroller which has a built in wifi shield which allows us to set up a wireless communication between microcontroller and user and also send supply alerts through e mail All the logic part was developed using Arduino s IDE for programming the code responsible for control sensors and a continuous rotation servo motor responsible for act the butterfly valve which dispose the food in the animals feed bowl
6. o seja encerrada os mesmos perdem os valores que guardavam dessa forma caso haja uma s bita falta de energia o sistema seria resetado juntamente com os timers sendo imposs vel assim realizar alguma tarefa cr tica no tempo utilizando se apenas os mesmos ARDUINO 2015 Assim foi necess rio utilizar se um componente externo que guardasse o tempo atual e o mantivesse mesmo em casos de perda de conex o com a fonte de 25 alimentac o Essa a func o desempenhada pelo RTC mostrado na figura 3 5 ele respons vel por controlar o fluxo de tempo e utiliza uma bateria interna para que mesmo em casos extremos consiga manter o tempo sempre atualizado Dessa forma com a utilizac o do microcontrolador para processar as informac es e dados e O RTC para gerenciar o tempo caso o sistema enfrente uma falta de energia e seja reiniciado ele n o enfrentar problemas pois o RTC manter o tempo sempre atualizado e o microcontrolador MAXIM 2015 Sua comunica o com o microcontrolador se d atrav s do protocolo de comunica o 12C Este protocolo diminui a quantidade de pinos necess rios para estabelecer a comunica o entre dois circuitos integrados para utilizar o mesmo necess rio apenas dois pinos o SDA e o SCL o que acaba por baratear e reduzir o tamanho e complexidade das placas NXP 2015 Neste projeto foi utilizado o RTC DS1307 Este alimentado por uma fonte externa de alimenta o de 5V por m possui um circu
7. ria poss vel sem que tenha sido precedida de pequenas vit rias sobre n s mesmos L M Leonov RESUMO Em um mundo de altas exig ncias e grande competitividade onde tempo significa dinheiro muitas vezes falta tempo para obrigac es dom sticas e pessoais b sicas como por exemplo o simples fato de alimentar um animal de estimac o sobre este contexto que a automac o comeca a ser utilizada de forma a facilitar as tarefas do dia a dia e otimizar a utilizac o do tempo dispon vel das pessoas Com base neste cen rio predominante em grande parte dos lares na atualidade este trabalho foi idealizado Seu objetivo propor uma soluc o simples eficaz e vi vel que seja respons vel por automatizar o processo de alimentar um animal de estimac o bem como monitorar o estoque de rac o dispon vel exibindo um alerta no supervis rio quando a mesma estiver pr xima a acabar Para tanto foi utilizado um microcontrolador da plataforma Arduino mais especificamente o Arduino Yun que possui um m dulo wifi integrado possibilitando dessa forma a comunica o wireless entre microcontrolador e usu rio e o envio de alertas via e mail Toda a l gica de controle foi desenvolvida utilizando a IDE do Arduino para desenvolver a programa o respons vel por comandar sensores e o servo de rota o cont nua o qual realiza o acionamento de uma v lvula borboleta respons vel por liberar as por es de ra o para a vasilha de alimenta
8. 117 arduinoftime 1515 0 4 M O a anada Otv Other bookmarks O pet feeder atuara as 15 hora s e 15 minuto s Figura 4 11 Mensagem de programa o feita com sucesso Primeiro usu r A ON NUN 4 192 168 1 117 arduin 350 Gy MON FF Salao fi nada Ot 5 Other bookmarks Valor invalido horas entre O e 23 e minutos entre O e 59 tente novamente Figura 4 12 Erro gerado ao entrar com um valor invalido para o hor rio Por fim o prot tipo apresentou mais um problema com um dos sensores ultrass nicos o qual apresentou leituras incorretas Este sensor estava medindo o 38 n vel de comida na vasilha de alimentac o e dever ser substitu do para o correto funcionamento do sistema Para utiliza o pelo consumidor final deste prot tipo foi necess rio a cria o de um manual de instru es que contivesse todos os passos necess rios para a correta configura o inicial do pet feeder Esta configura o definir os n veis cheio e vazio do recipiente hor rio de atua o e configura o da rede wireless Ap s tal configura o o prot tipo estar pronto para funcionamento podendo o usu rio apenas monitorar o mesmo atrav s do supervis rio e alterar o hor rio atrav s de qualquer navegador 39 5 Conclus o e Trabalhos Futuros Ao se confrontar os resultados obtidos no teste do prot tipo com os resultados esperados se conclui que apenas parte dos objetivos foi alcan ada Apesar d
9. 3 2 Microcontrolador Alguns dos requisitos para se desenvolver este projeto era que o microcontrolador possu sse pelo menos 7 portas digitais portas SDA e SCL para comunica o I2C com o RTC pino PWM para controle do servo mem ria suficiente para suportar a programa o e possibilitar alguma forma de comunica o wireless A maioria dos microcontroladores necessitaria de um circuito dedicado a estabelecer a conex o wireless por m atendiam aos demais requisitos Assim foi decidido pela utiliza o de microcontroladores da plataforma Arduino pela facilidade de programa o e disponibilidade de bibliotecas para auxiliar a elabora o do programa de controle As caracter sticas das placas Arduino foram analisadas at se chegar conclus o de que o Arduino Yun seria o que mais se adequaria ao projeto Ele atenderia a todos os requisitos b sico para a implementa o do sistema bem como ainda ofereceria uma plataforma multiprocessada que utiliza o processador ATmega 32u4 exclusivamente para processamento dos dados e instru es e o processador Lilino AR9331 para controlar e gerenciar as conex es wifi ethernet USB e ainda com cart es SD ARDUINO 2015 Essas rela es podem ser vistas na figura 3 3 Em outras palavras o Arduino Yun j vem de f brica com os Shields wifi Ethernet USB e de leitor de cart es SD integrado ao mesmo USB AT Li HOST mega BRIDGE inino 32u4 AR 9331 sD USB Prog ARDUINO ENVIROMENT
10. HTTP o arduino constantemente ir checar se existe algum cliente requisitando informa es no servidor local caso exista ele far o processamento da requisi o HTTP e enviar a resposta para o cliente Para realizar a implementa o desse programa algumas bibliotecas foram utilizadas para facilitar a programa o e comunica o com os v rios perif ricos de I O Todas 33 estas bibliotecas foram retiradas diretamente do site do Arduino A relac o de bibliotecas utilizadas segue a baixo Biblioteca Descric o Bridge h Usa requisic es do tipo REST para YunServer h acessar pinos anal gicos e digitais na YunClient h placa Faz melhorias as bibliotecas ping h e ultrasonic h corrigindo problemas e NewPing h melhorando o desempenho dos sensores ultrass nicos Adiciona a capacidade de Time h cronometrar o tempo placa arduino Permite comunica o com perif ricos Wire h utilizando o protocolo 12C Permite o acesso a dispositivos RTC DS1307RTC h compativeis com o DS1307 Permite a placa arduino controlar servo motores Suporta entre 12 e 48 Servo h motores dependendo da placa arduino utilizada Tabela 1 Rela o de bibliotecas utilizadas na programa o do arduino A programa o completa utilizada neste projeto se encontra o fim do trabalho no ap ndice A e pode ser utilizada de forma a melhorar a compreens o do trabalho proposto pelo prot tipo 4
11. if time Hour disp hours 47 amp amp 48 process client Encerra a conex o client stop Processa a requisi o do cliente void process YunClient client Le o identificador da requesi o String command client readStringUntil Serial print Typed Serial println command a requisi o foi ultrasound ultrasound 1 gt bowl if command ultrasound Serial println command readUltrasound client a requisi o foi time time 1100 gt 11 00 1f command time Serial println command SetTime client a requisi o foi led 1f command led Serial println command ledStatus client a requisi o foi getfull if command getfull Serial println command getFull client SA r a requisic o foi getempty if command getempty Serial println command getEmpty client a requisi o foi act 1f command act Serial println command actuateServo client a requisi o foi readServo if command readServo Serial println command readServo client Leitura do Ultrassom void readUltrasound YunClient client int sensor float value Le o sensor desejado sensor
12. programac o do microcontrolador foi desenvolvida utilizando se a pr pria IDE do arduino Um dado interessante a ser ressaltado e que como o arduino Yun possui o modulo wifi integrado ao mesmo caso seja necess rio realizar alguma altera o na programa o do microcontrolador n o necess rio nenhum tipo de liga o f sica com o mesmo as altera es podem ser feitas em um computador conectado a mesma rede que o arduino e o upload pode ser feito via rede wifi direto da IDE selecionando como porta o IP do arduino Yun na rede Isso torna o projeto mais amig vel a futuros upgrades na programa o O programa que roda no arduino inicia o seu funcionamento checando se existe alguma requisi o do sistema supervis rio caso exista ele ir processar a requisi o e enviar o valor requisitado ao mesmo caso n o exista seguira com a execu o normal Ent o o programa ir ficar constantemente checando o hor rio guardado pelo RTC e comparando este ao hor rio programado pelo usu rio quando ambos os hor rios forem os mesmo o programa ir ent o ver a quantidade de ra o que existe na vasilha de alimenta o e completar o mesmo at uma quantidade predeterminada por padr o ira encher 80 da vasilha de alimenta o Ap s isto ele voltar ao estado inicial e iniciar tudo novamente A comunica o com o sistema supervis rio se d no padr o cliente servidor o sistema supervis rio requisita um dado atrav s de um endere o
13. s M veis Faculdade de Engenharia de ilha Solteira 2013 43 SILVA Leticia Thais da Uma Proposta Para Automac o Residencial Utilizando Uma Plataforma De Prototipagem Eletr nica Arduino Monografia de gradua o Pontifica Universidade Cat lica de Minas Gerais 2013 SILVA Maria do Ros rio Gomes Uso de Internet Embedded em microcontroladores para aplica es de monitoramento e automa o de baixo custo Relat rio Final Bic Jr CEFET MG 2006 SpringRC 43R Servo 360 Rotation Specification Dispon vel em lt https www sparkfun com datasheets Robotics servo 360 e pdf gt Acesso em 29 01 2015 44 Ap ndice A C digo para o Arduino Includes EnC incl incl incl inel incl incl ude ude ude lude ude ude ude ude lt Bridge h gt lt YunServer h gt lt YunClient h gt lt NewPing h gt lt Time h gt lt Wire h gt lt DS1307RTC h gt lt Servo h gt Constantes pino defi pino ne ECHO PIN BOWL ECHO do sensor ultrass nico define TRIGGER PIN BOWL 11 Pino do Arduino ligado ao trigger do sensor ultrass nico 12 Pino do Arduino ligado ao define MAX DISTANCE BOWL 50 Distancia m xima que ser medida pelo sensor define TRIGGER PIN DISPENSER 6 Pin
14. um servo de maior torque A montagem final pode ser conferida nas figuras 4 4 e 4 5 sendo a primeira a vista frontal e a segunda a vista das costas do prot tipo 29 Figura 4 4 A Servo motor acoplado a v lvula borboleta B Sensor ultrass nico de n vel do recipiente de alimentac o C Sensor ultrass nico de n vel do reservat rio de rac o e D Dispenser em acr lico que funciona como reservat rio do sistema 30 Figura 4 5 A Led de alerta de n vel de rac o baixo no reservat rio B Fonte de alimentac o do sistema C Placa arduino e D protoboard com RTC acoplado 4 2 1 Circuito O circuito foi montado observando algumas particularidades de cada componente Para tanto um protoboard foi utilizado para auxiliar as liga es Primeiramente ligou se a porta de 5V e GND do protoboard ao arduino Todos os componentes s o alimentados e aterrados por meio destas duas linhas de portas no protoboard Ap s tal passo come ou se a montagem dos atuadores e sensores Na montagem dos sensores os sensores ultrass nicos e o RTC foram ligados ao protoboard e arduino Os sensores ultrass nicos possuem 4 pinos sendo estes 31 Echo Trigger 5V e GND Os pinos Trigger foram conectados diretamente no arduino nas portas digitais 12 e 6 Os pinos Echo por sua vez foram conectados as portas digitais 11 e 5 O RTC por sua vez necessita de um circuito mais especifico Este utiliza resistores pull up 4 7 K
15. 0 Inicializa o do Servo servo attach SERVO PWM D9 if servo attached 1 servo attached true servo attached false Inicializa o da comunica o bridge pinMode 13 OUTPUT digit talWrite 13 LOW Bridge begin digit a comunica o bridge for estabelecida server listenOnLocalhost server begin void loop Pega as requisi es feitas ao servidor hasClients if servo attached Serial println Problems to attach the servo if chk lvl TRIGGER PIN DISPENSER lt 3 digitalWrite LED D4 HIGH led status true 46 talWrite 13 HIGH Acende o LED 13 no arduino assim que else Aciona o LED digitalWrite LED D4 LOW led status false if RTC read time Serial printin RTC Ready Serial print SET TIME Serial print disp hours Serial print Serial println disp minutes Serial print RTC Serial print time Hour Serial print Serial printin time Minute time Minute disp minutes act 9 else Serial println Problemas com o RTC void hasClients YunClient client server accept Existe um novo cliente if client Processa a requesi o
16. 3 2 Sistema supervis rio Para a cria o do sistema supervis rio que utiliza a plataforma ScadaBr o primeiro passo foi a configura o dos Data Sources Como explicado a comunica o entre o supervis rio e o arduino se d por meio de requisi es HTTP por tanto o data source a ser utilizado em nosso caso o HTTP Retriever Este data source requisita informa es de um servidor HTTP e utiliza Regex para filtrar a informa o desejada Existem dois campos a serem preenchidos quando se cria um novo data source figura 4 6 o nome do data source e a URL vinculada ao mesmo O campo URL 34 deve ser preenchido com o endereco HTTP para qual os dados ser o requisitados Outro campo importante a ser alterado o campo Update period este foi alterado para que o supervis rio fa a atualiza o do valor a cada 500 ms Figura 4 7 Configura o do Data Source LED HTTP Retriever properties amp i Name LED e Export ID XID DS Update period 500 millisecond ms vY URL http 192 168 1 117 arduino led 1 A Timeout seconds 30 Retries 2 Event alarm levels Data retrieval failure Point data parse exception Urgent v q Urgent v a Ap s a configura o do data source os Data points figura 4 7 devem ser configurados Points s o dados de entrada relacionados ao data source criado em outras palavras s o os valores d
17. ArduinoBoardYun from Products ArduinoYUN gt Acesso em 29 01 2015 ARDUINO Arduino Time Library Dispon vel em lt http playground arduino cc Code Time gt Acesso em 29 01 2015 ARDUINO Arduino Wire Library Dispon vel em lt http arduino cc en Reference Wire gt Acesso em 29 01 2015 ARDUINO Arduino Servo Library Dispon vel em lt http arduino cc en Reference Servo gt Acesso em 29 01 2015 ARDUINO Arduino NewPing Library Dispon vel em lt http playground arduino cc Code NewPing gt Acesso em 29 01 2015 Argade Pramod V e Betker Michael R Apparatus and method for computer processing using an enhanced Harvard architecture utilizing dual memory buses and the arbitration for data instruction fetch Patente 230 1996 ATMEL Corporation The AVR Microcontroller and C Compiler Co Design Dispon vel em lt http www atmel com lmages compiler pdf gt Acesso em 29 01 2015 CARRIDE Raul Diego Ocanha de Almeida Alimentador automatico para cachorros Monografia de gradua o Universidade S o Francisco Itatiba 2008 Cytron Technologies HC SR04 Ultrasonic Sensor User s Manual Dispon vel em lt http cytron com my p sn hc sr04 search hc sr04 gt Acesso em 29 01 2015 Freescale Semiconductor Inc M68HC11 Microcontrollers Reference Manual Disponivel em 42 lt hittp www freescale com files microcontrollers doc ref_manual M68HC11RM pdf gt Acesso em 29 01 2015 HAMACHER
18. C VRANESIC Z ZAKY S e MANJIKIAN N Computer Organization and Embedded Systems 6 ed McGraw Hill 2012 Intel Corporation MCS 51 Microcontroller Family User s Manual Disponivel em lt http www cs cmu edu varun cs315p INTEL8051 MAN pdf gt Acesso em 29 01 2015 Intel Corporation 8051 Single Chip Microcomputer Architectural Specification and Functional Description Disponivel em lt http archive org stream bitsavers intel80518liminaryArchitecturalSpecificationMay 80 6120863 8051 Microcomputer Preliminary Architectural Specification May80 p age n0 mode 2up gt Acesso em 29 01 2015 Maxim Integrated Products Inc DS1307 64x8 Serial IC Real Time Clock Dispon vel em lt http datasheets maximintegrated com en ds DS1307 pdf gt Acesso em 29 01 2015 Modbus Organization Modbus FAQ Dispon vel em lt http www modbus org faq php gt Acesso em 29 01 2015 NOGUEIRA Thiago Augusto Redes de comunicagao para sistemas de automa o industrial Monografia de gradua o Universidade Federal de Ouro Preto Ouro Preto 2009 NXP Semiconductors N V I C bus specification and user manual Dispon vel em lt http Awww nxp com documents user_manual UM10204 pdf gt Acesso em 29 01 2015 OCHAKOWSKY N dia Prot tipo de um Alimentador autom tico para Animais de estima o Monografia de gradua o Universidade Regional de Blumenau 2007 OKI Nobuo e MANTOVANI Suely Cunha Amaro TEEE I Projeto de rob
19. LINUX ENVIROMENT Figura 3 4 Arquitetura do arduino Yun Fonte ARDUINO 2015 3 2 1 Caracter sticas da plataforma Arduino Yun O Arduino Yun um dos mais recentes lan amentos da Arduino O microcontrolador possui suporte a rede ethernet e wifi porta USB A leitor de cart es microSD 20 entrada saida digitais das quais 7 podem ser utilizadas como saidas PWM e 12 24 como sa das anal gicas cristal de 16 MHz e conex o micro USB ARDUINO 2015 Todo este hardware est embutido em uma pequena placa como mostrado na figura 3 4 Al m das caracter sticas b sicas o fato do Arduino Yun possuir suporte wifi integrado a placa facilitaria a implementa o de um supervis rio sem fio oferecendo suporte nativo tanto para aplica es em rede local como atrav s da internet AR9331 Linux Ethernet ARDUINO Prog Micro USB Micro SD USB Host ATmega 32U4 Figura 3 5 Arduino Yun Fonte ARDUINO 2015 3 3 RTC Como o sistema proposto deve atuar em hor rios espec ficos e predeterminados desejavel que se possa manter controle sobre o tempo Infelizmente o microcontrolador n o possui embutido a ele uma ferramenta confi vel para se manipular tal vari vel O que o arduino Yun tem s o alguns timers embutidos que se utilizam da frequ ncia do cristal para manipular o tempo O grande problema em se utiliza los o fato de que esses timers s o vol teis ou seja caso a conex o com a fonte de alimenta
20. OWL FULL Manda um client client print print value feedback para o cliente value daa CY ema Update datastore String key Bridge key L Ea DD put k WOSE 4 ey String value Define hor rio de funcionamento void SetTime YunClient client Le void int value temp hours temp minutes value client parseInt Grava o hor rio temp hours value 100 temp minutes value temp hours 100 Manda um feedback para o cliente if temp hours lt 23 amp amp temp minutes lt 59 disp hours value 100 disp minutes value disp hours 100 client print O pet feeder atuara as client print temp hours client print hora s e client print temp minutes client println minuto s else client println Valor invalido horas entre 0 e 23 e minutos entre O e 59 tente novamente Update datastore String key D key LED D4 Bridge put key String value o estado do servo se em rota o ou parado readServo YunClient client int value wy 53 if servo acting value 1 else value 0 Manda um feedback para o cliente client printin value Update datastore String key D Atua o servo key LED D4 Bridge put key String value void actuat
21. OWL LVL sonar convert_cm uS return sonar convert cm uS delay 50 unsigned int uS sonar2 ping Send ping get ping time in microseconds uS Serial print Ping Serial print sonar2 convert cm uS Convert ping time to distance and print result 0 outside set distance range no ping echo Serial println cm CONTAINER LVL sonar2 convert_cm uS return sonar2 convert cm uS 56 Ap ndice B Manual de inicializa o do prot tipo O primeiro passo para se iniciar o prot tipo pela primeira vez configurar a comunica o wireless do mesmo Para tanto o seguinte passo a passo deve ser seguido 1 Ao conectar o sistema a rede el trica abra algum dispositivo eletr nico que permita acesso a um navegador e conex o wifi 2 Procure pela rede ArduinoYun XXXXXXXXXXXX e se conecte a mesma 3 Uma vez conectado abra o navegador e entre no endere o http arduino local digitando a senha arduino quando solicitado Assim que o login for realizado aperte o bot o configure Na p gina aberta v at wireless parameters e selecione a sua rede wifi digite a senha da sua rede e ent o clique em configure and restart Ap s essa configura o voc j pode retornar a sua rede dom stica e come ar o segundo passo da configura o 1 Primeiro posicione a vasilha de alimenta o vazia do seu animal de estima o embaixo do sensor de
22. Q para o correto funcionamento da comunica o I2C Tais resistores tem a fun o de manter as portas SDA e SCL em alta quando o barramento est livre e elevar as mesmas de baixo para alto no per odo requerido NXP 2015 O RTC possui 5 portas SDA SCL SQW GND e 5V As portas SDA e SCL s o as nicas que necessitam de tais resistores Cada resistor foi conectado a uma das portas de 5V do protoboard e a outra porta conectada ao arduino e ao RTC nas respectivas portas O servo motor e o LED foram os ltimos a serem conectados A conex o dos dois relativamente simples O servo possui 3 pinos 5V GND e Signal O nico requisito do mesmo que a sa da signal seja conectada a uma porta digital com PWM Assim a mesma foi conectada a porta digital 9 do arduino que possui tal funcionalidade Por fim foi feita a conex o entre o LED e o circuito Para tal conex o foi utilizado um resistor de 2200 em serie com o resistor Uma perda do resistor foi conectada a porta digital 4 do arduino e a outra conectada ao anodo do LED A outra perna do LED Catodo foi conectado ao GND finalizando a montagem do circuito A figura 4 6 mostra o esquema do circuito montado Figura 4 6 Esquema do circuito el trico do prot tipo 32 4 3 Software A parte de software pode ser dividida em duas a programac o do microcontrolador utilizando a IDE do arduino e a configurac o do sistema supervis rio utilizando o ScadaBR 4 3 1 Arduino A
23. UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMA O CECAU Moises de Morais Henriques ALIMENTADOR AUTOM TICO COM SUPERVIS RIO PARA ANIMAIS DE PEQUENO PORTE MONOGRAFIA DE GRADUA O EM ENGENHARIA DE CONTROLE EAUTOMA O Ouro Preto 2015 Moises de Morais Henriques ALIMENTADOR AUTOM TICO COM SUPERVIS RIO PARA ANIMAIS DE PEQUENO PORTE Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de Controle e Automa o da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para obten o do Grau de Engenheiro de Controle e Automa o Orientador Adrielle de Carvalho Santana Ouro Preto Escola de Minas UFOP Fevereiro 2015 AGRADECIMENTOS Gostaria de agradecer primeiramente a minha orientadora Adrielle de Carvalho Santana que mesmo com a dist ncia e com as dificuldades me auxiliou apoiou e deu for as para que eu conseguisse concluir este trabalho Ao professor Jose lvaro Tadeu por todo conhecimento intelectual e pessoal passado durante minha gradua o A minha fam lia e namorada pelo apoio incondicional As republicas Tabajara e Suavizinha por serem meu lar e me acolherem t o bem durante todo esse tempo em Ouro Preto e por fim a todos os professores da Escola de Minas e da UFOP que fizeram parte da minha jornada ate aqui pois sem o apoio e ensinamento dos mesmos eu n o estaria finalizando mais esta etapa da minha vida Nenhuma grande vit
24. antas ou instala es industriais de uma central de controle Nesta central todas as vari veis do processo envolvido nas instala es podem ser monitoradas e controladas sem a necessidade de se deslocar ate o local onde os mesmos estejam ocorrendo Um exemplo de 18 programa utilizado para a confecc o dos sistemas supervis rios o ScadaBR um software gratuito que possibilita a cria o e comunica o de um supervis rio com uma aplica o microcontrolada O controle entre supervis rio e aplica o se da por interm dio de algum dispositivo controlador como por exemplo um CLP ou microcontrolador O mecanismo de funcionamento do mesmo de f cil entendimento em uma rede formada por um sistema automatizado utilizando como controlador um CLP e um computador dotado de um sistema supervis rio o supervis rio realizar a leitura das portas do CLP periodicamente e caso haja alguma mudan a indesejada em algum dos valores o supervis rio poder tanto desencadear uma serie de a es de controle previamente programadas como gerar um alerta e esperar por uma a o de controle enviada pelo usu rio do supervis rio A aplica o desenvolvida durante o desenvolvimento desse prot tipo se utiliza se um supervis rio do tipo SCADA com comunica o Wifi 2 3 Protocolos de comunica o Para que o sistema de supervis o seja capaz de realizar o controle e monitoramento de uma aplica o o mesmo antes deve ser capaz de realizar a c
25. as leituras da s porta s configuradas no URL do data source Para configurar o mesmo necess rio selecionar o tipo de dado que ser retornado pela URL e configurar o Regex que dever ser aplicado a resposta do servidor HTTP para se isolar apenas o dado desejado Points LED Name Data type Status Multistate O m 2 Point details amp Name Export ID XID Data type Value RegEx O Ignore if missing Time RegEx LED DP 968519 Multistate v Figura 4 8 Configura o do Data Point LED Ap s ter todos os data sources e data points configurados o monitoramento j pode ser iniciado atrav s do menu watch list O monitoramento pode ser realizado tamb m atrav s do menu graphical view mostrado na figura 4 8 para tanto foi necess ria a configura o dos componentes da graphical view 35 Figura 4 9 Configura o final do graphic view do supervis rio O sistema supervis rio elaborado pode ser acessado atrav s de qualquer dispositivo eletr nico conectado a mesma rede que o Arduino Yun Para realizar o acesso preciso apenas realizar o login no ScadaBR e o monitoramento ser iniciado 4 4 Funcionamento Ao ser iniciado alguns problemas foram encontrados como o problema com o servo citado no capitulo 4 2 Porem o supervis rio funcionou conforme o idealizado o mesmo conseguia se comunicar de forma wire
26. e se movimenta para um lado para outro ou fica im vel Silva 2013 Como mostrado na figura 3 2 o servo matem 3 estados de acordo com a largura do pulso recebido Caso o mesmo receba um sinal de 5V do arduino por 2ms ele atuara na dire o anti hor ria Caso este sinal tenha dura o de 1 5ms o mesmo permanecera im vel E por fim caso tal sinal tenha dura o de 1ms ele atuara na dire o horaria No arduino por meio da biblioteca servo h poss vel se realizar o controle de uma forma mais simplificada A biblioteca utiliza valores de O a 180 correspondentes ao ngulo de atua o sendo 90 parado ao meio O movendo se a esquerda e 180 22 movendo se a direita Tais valores s o an logos aos tempo de exposic o do servo aos 5V Assim 2ms corresponde a 0 analogamente 1ms corresponde a 180 em quanto 1 5ms corresponde a 90 PWM 0 5 ms 2 5ms e 20ms 20ms 20 ms Figura 3 2 Controle de um servo motor Fonte Silva 2013 O S4303R possui um torque de 3 3 kg cm quando ligado a uma tens o de 4 8V e 4 8 kg cm quando ligado a uma tens o de 6V sendo o ultimo mais indicado para atuar acionar a v lvula borboleta SPRINGRC 2015 A escolha do mesmo foi realizada com base na facilidade para se desenvolver um controle preciso em cima do numero de rota es do servo frente a outros tipos de motores E j Figura 3 3 Servo motor de rota o continua SM S4303R 23
27. eServo YunClient client float perc perc client parseFloat Serial println perc H f perc gt 1 H f perc lt 0 perc 0 act perc void act float p comida na vasilha atinja o percentual perc perc 0 9 erc Atua o servo ate que o n vel de while chk lvl TRIGGER PIN BOWL lt perc if chk 1v1 TR 54 GGER PIN BOWL lt perc Serial print lvl Serial println chk lvl TRIGGER PIN BOWL servo write 180 servo acting true hasClients else break servo write 90 servo acting false float chk lvl int sensor Checa o n vel de comida no sensor Initialize the variables int range inf DISPENSER FULL if sensor TR Float range sup if sensor TR int range inf DISPENSER EMPTY range sup GGER_PIN BOWL BOWL EMPTY range _sup BOWL_ FULL x pingSensor sensor range sup range inf GG ER PIN BOWL BOWL LVL 1 x return BOWL LVL CONTAINER LVL 1 x return CONTAIN ER LVL float pingSensor int sensor 55 if sensor TRIGGER PIN BOWL delay 50 unsigned int uS sonar ping Send ping get ping time in microseconds uS B
28. ec ficos dos componentes do trabalho e funcionamento do sistema com a finalidade de se criar uma base te rica que facilite a compreens o do funcionamento dos componentes e do sistema de uma forma geral 2 1 Microcontroladores Hoje em dia com os avancos tecnol gicos e com a necessidade de se criar componentes eletr nicos cada vez menores e com maior poder de processamento para suprir os requisitos dos atuais aparelhos eletr nicos os microcontroladores aparecem como componentes eletr nicos poderosos e vers teis utilizados em uma grande variedade de aplica es Cada microcontrolador dotado de um ou mais n cleos de processamento mem ria e dispositivos para entrada e sa da de dados sendo o n cleo de processamento a principal parte de um microcontrolador HAMACHER VRANESIC ZAKY e MANJIKIAN 2012 Este respons vel por processar as informa es recebidas por meio dos dispositivos de entrada e sa da de dados de acordo com a programa o preexistente na mem ria do microcontrolador um esquema da estrutura de um microcontrolador pode ser encontrado na figura 2 1 Todas estas caracter sticas ser o discutidas durante esse cap tulo Memory Arithmetic Input and logic network Output Control Interconnection 4 vo Processor Figura 2 1 Diagrama de Blocos de um microcontrolador Fonte Hamacher Vranesic Zaky e Manjikian 2012 15 2 1 1 Fam lias de microcontrolador
29. es Apesar das similaridades existem diversas fam lias de microcontroladores cada uma aprestando certas caracter sticas que as diferem das demais alguns exemplos de fam lias s o Freescale 68HC11 e 68k ColdFire intel 8051 e MCS 96 todas dotadas de processadores CISC e existem tamb m microcontroladores AVR que possuem processadores no modelo RISC 2 1 1 1 Processadores da fam lia Intel 8051 e MCS 96 Os processadores da fam lia Intel 8051 e MCS 96 s o constru dos com arquitetura Harvard Esse tipo de arquitetura possui barramento de dados e de instru es fisicamente separados o que permite que o barramento de instru es seja acessado simultaneamente com o barramento de dados ARGADE e BETKER 1996 A figura 2 2 mostra o esquema de processamento dos processadores com arquitetura Harvard 22 PROGRAM MICROPROCESSOR FETCH BUS PROGRAM FETCH UNIT DATA MEMORY PROGRAM MEMORY DATA ACCESS BUS Figura 2 2 Diagrama de blocos do funcionamento da arquitetura Havard Fonte Argade e Betker 1996 Essa fam lia possu a ainda como caracter stica microprocessadores de 8 bits porem com 16 bits para endere amento de endere os 6 72 portas de I O para uso geral O a 64Kb de ROM e 128 a 256 bytes de RAM INTEL 2015 2 1 1 2 Processadores da fam lia Freescale 68HC11 Estes processadores s o constru dos sobre a arquitetura Von Neumann Diferente da arquitetura Havard os processadores constru d
30. forma que a mesma fique centralizada ao sensor 2 Va ate o seu navegador e digite 192 168 1 117 arduino getempty 1 3 Ap s encha a vasilha com ra o e digite 192 168 1 117 arduino getfull 1 4 E por fim digite 192 168 1 117 arduino time XXXX Onde XXXX o hor rio que voc deseja que o sistema atue por exemplo 1530 para 15 horas e 30 minutos Encerrado o processo de calibra o o seu sistema esta pronto para ser usado Voc pode abrir o ScadaBr e monitorar os n veis de ra o e opera es do sistema atrav s do mesmo e sempre que necess rio s utilizar o ultimo passo descrito a cima para programar um novo hor rio de atua o do sistema
31. ito integrado ao chip que respons vel por sentir as varia es na linha de energia Quando uma queda de energia detectada ele automaticamente troca a forma de alimenta o do chip da fonte externa para a fonte backup e continua mantendo a contagem de fluxo do tempo a partir da fonte de backup ate que a fonte externa de alimenta o seja restaurada MAXIM 2015 o 4 o z o a c 2 ca t Figura 3 6 Modulo RTC 26 4 Desenvolvimento e resultados A implementac o do pet feeder pode ser dividida em 3 etapas distintas aferimento dos sensores e testes hardware e software A etapa de aferimento e teste serve para garantir que os sensores estavam em perfeito estado de funcionamento e evitar erros futuros devido a um sensor defeituoso Na parte do hardware todos os componentes s o ligados e devidamente conectados e preparados para funcionamento E finalmente na etapa do desenvolvimento de software foi desenvolvida a programa o respons vel por controlar o hardware montado e um sistema de supervis o para monitoramento remoto do mesmo 4 1 Aferimento e testes O primeiro passo para a montagem do pet feeder foi garantir que cada pe a utilizada no projeto estava devidamente funcional Para tanto cada pe a foi testada separadamente ou em conjunto com algum outro componente para garantir que nenhum dos sensores ou componentes estava defeituoso 4 1 1 Sensores ultrass nicos Inicialmente foi montado o circuit
32. less com o dispositivo e receber os n veis de ra o nos recipientes Al m disso quando o movimento do servo motor era iniciado o movimento do mesmo come ava no sistema supervis rio conforme visto na figura 4 10 36 Figura 4 10 A Servo parado e B Servo em funcionamento Outro problema encontrado foi o fato de que n o foi poss vel achar uma maneira de f cil implementac o que tornasse poss vel a comunicac o bidirecional do arduino com o sistema supervis rio de forma wireless Dessa forma o sistema supervis rio pode ler os estados das portas digitais do arduino porem n o consegue passar o hor rio de funcionamento para o pet feeder Para contornar o problema com o hor rio foi utilizado o pr prio servidor do arduino para que o hor rio pudesse ser definido a partir de qualquer dispositivo e n o apenas dentro do c digo do mesmo Dessa forma o usu rio precisa entrar a partir de qualquer navegador no endere o 192 168 1 117 arduino time XXXX E substituir o XXXX pelo hor rio conforme mostra a figura 5 1 onde os dois primeiros X significam o hor rio de O a 23 horas e os dois seguintes os minutos de O a 59 minutos caso este hor rio seja digitado de forma errada a p gina retornar uma mensagem de 37 erro conforme mostra a figura 5 2 Dessa forma caso seja desejado que o prot tipo atue as 15 15 deve se digitar a seguinte url no navegador 192 168 1 117 arduino time 1515 Primeiro usu r 192 168 1
33. nico de n vel do recipiente de alimentac o C Sensor ultrass nico de n vel do reservat rio de rac o e D Dispenser em acr lico que funciona como reservat rio do sistema 29 Figura 4 5 A Led de alerta de n vel de rac o baixo no reservat rio B Fonte de alimenta o do sistema C Placa arduino e D protoboard com RTC acoplado 30 Figura 4 6 Esquema do circuito el trico do prot tipo eo a ao a aa aa cc DDoo 31 Figura 4 7 Configura o do Data Source LED a oo ana o toa aa ee ia cea aa aa a aa na inDo 34 Figura 4 8 Configura o do Data Point LED 34 Figura 4 9 Configura o final do graphic view do supervis rio 35 Figura 4 10 A Servo parado e B Servo em funcionamento 36 Figura 4 11 Mensagem de programa o feita com sucesso 37 Figura 4 12 Erro gerado ao entrar com um valor invalido para o hor rio 37 LISTA DE ABREVIATURAS IDE Integrated Development Enviroment MC Microcontrolador Wifi Wireless Fidelity CA Corrente Alternada CC Corrente Continua CPU Central Processing Unit ABINPET Associa o Brasileira de Produtos para Animais de Estima o I O Input Output RISC Reduced Instruction Set Computer CISC Complex Instruction Set Computer SCADA Supervisory Control and Data Acquisition CLP Computador Logico Programavel DC
34. nidos os materiais que seriam necess rios para a sua implementa o come ando pela rela o de sensores e atuadores necess rios Ent o com base no n mero de I O necess rios e os requisitos de comunica o foi escolhido a plataforma Arduino Yun como sendo a melhor placa microcontrolada pois atendia a todos os requisitos al m do custo benef cio facilidades de implementa o e por possuir IDE livre e com suporte de v rias bibliotecas que d o suporte aos m dulos e sensores O microcontrolador selecionado conta ainda com um servidor interno que ser utilizado para montar um sistema supervis rio para a aplica o desejada 1 5 Estrutura do Trabalho No primeiro cap tulo feita uma breve introdu o a respeito do trabalho em si os objetivos justificativa e metodologia tamb m s o discutidos neste cap tulo Seguindo ent o para uma revis o bibliogr fica a respeito de microcontroladores e sistemas supervis rios no segundo cap tulo No terceiro cap tulo todos os componentes eletr nicos utilizados s o apresentados e t m seus princ pios de funcionamento brevemente explicados ap s isso o cap tulo quatro respons vel por explicar o funcionamento do projeto e programa o do pet feeder e discutir todas as suas funcionalidades E no quinto e ltimo cap tulo s o discutidos os resultados e considera es finais a respeito do projeto 14 2 Base te rica bibliogr fica Neste capitulo ser o abordados t picos esp
35. o do Arduino ligado ao pino trigger do sensor ultrass nico define ECHO PIN DISPENSER 5 Pino do Arduino ligado ao pino ECHO do sensor ultrass nico define MAX DISTANCE D SP ENS medida pelo sensor define H ED D4 4 SPENSER FULL ERVO PWM D9 Variaveis globais int BOWL EMPTY 5 9 355 SPENSER EMPTY 23 ER 25 Distancia maxima que sera 45 int BOWL FULL SA 257 Float BOWL LVL O float CONTAINER LVL O String startString long hits O int disp hours 11 int disp minutes 0 Flags boolean servo attached false boolean servo acting false boolean led status false NewPing setup of pins and maximum distance for Ultrasound Sensor NewPing sonar TRIGGER PIN BOWL ECHO PIN BOWL MAX DISTANCE BOWL NewPing sonar2 TRIGGER PIN DISPENSER ECHO PIN DISPENSER MAX DISTANCE DISPENSER Objeto RTC tmElements t time Objeto do servo de rota o continua Servo servo Objeto YunServer YunsServer server Comunica o I2C int RTC SDA 2 2 int RTC SCL 3 3 int c 0 void setup pinMode LED D4 OUTPUT Serial begin 11520
36. o necess rio para o funcionamento de um sensor ultrass nico Ap s a conclus o da montagem foi realizado o upload para o arduino de um programa simples que apenas ativava o sensor e retornava no terminal a dist ncia entre objeto e sensor Foram testados os dois sensores O sensor do reservat rio e da vasilha de alimenta o e com o aux lio de uma r gua conforme pode ser visto na figura 4 1 foi poss vel constatar que todos apresentaram um erro m ximo de cerca de 1 cm entre o resultado mostrado no terminal do IDE e a r gua Figura 4 1 Teste e aferimento do sensor ultrass nico 27 4 1 2 LEDs Para o teste dos mesmos foi utilizada a programa o implementada para o teste do sensor ultrass nico com algumas modifica es Foram realizadas algumas modifica es no circuito de forma a possibilitar que o LED fosse adicionado ao mesmo O programa checava a dist ncia entre sensor e objeto e acionava a luz vermelha caso o valor ultrapassasse um set point este teste pode ser visto na figura 4 2 Nessa etapa todos os LEDs foram testados e um dos mesmos teve de ser descartado pois n o estava funcionando corretamente Figura 4 2 Teste dos LEDs 4 1 3 Servo Motor O ltimo dispositivo a ser testado e aferido foi o servo motor Para tanto foi criado um circuito para conectar o mesmo ao arduino conforme mostrado na figura 4 3 e feito o upload de um programa simples onde o servo deveria rodar para o lado esquerdo por 2 segundo
37. o original e algumas s o citadas abaixo como sugest es para desenvolvimento futuro do prot tipo gt Envio de alertas a respeito de n vel de ra o nos reservat rios por e mail Esta funcionalidade pode ser implementado tanto no supervis rio como diretamente no arduino Yun gt Envio de alertas por mensagens SMS e comunica o e controle do dispositivo por mensagens SMS pode ser implementado ao utilizar se um shield SMS para arduino em conjunto com o arduino Yun 40 gt Estender o suporte do supervis rio para que o mesmo possa ser acessado remotamente atrav s da internet e n o apenas da rede local gt Aplicar a mesma ideia para realizar o controle da quantidade de agua na vasilha do animal gt Definir hor rio de funcionamento atrav s do supervis rio Estas foram apenas algumas das funcionalidades que poderiam ser implementadas em cima do projeto proposto O que demostra qu o flex vel e quantas possibilidades para futuras atualiza es e desenvolvimentos esse prot tipo apresenta 41 6 Referencias Bibliogr ficas ABINPET Associa o Brasileira de Ind stria de Produtos Para Animais de Estima o Popula o de pets cresce 5 ao ano e Brasil quarto no ranking mundial Dispon vel em lt http abinpet org br imprensa noticias populacao de pets cresce 5 ao ano e brasil e quarto no ranking mundial gt Acesso em 29 01 2015 ARDUINO Arduino YUN Dispon vel em lt http arduino cc en Main
38. oladores da fam lia AVR que compreende dentre outros o microcontrolador ATmega32U4 que utilizado no Arduino Yun ARGADE e BETKER 1996 Essa foi a placa de desenvolvimento secionada para o desenvolvimento do prot tipo proposto neste trabalho 17 AVR Architecture Data Bus amp bit Program Caunter and Test Registrers Memory Interrupt 32x8 Unit Instruction General Register Purpose Registrers Instruction Decoder Serial abit Timer Counter SPI Unit Cantrol Lines Direct Addressing Indirect Addressing 16 bit Timer Counter 256 x amp with PWM Data SRAM Watchdog Timer 256 x 8 Analog EEPROM Camparator 32 O Lines Figura 2 4 Diagrama de blocos do funcionamento dos microcontroladores da familia AVR Fonte Argade e Betker 1996 Outras caracter sticas importantes de tal arquitetura s o que os mesmos s o otimizados para funcionalidades que demandam baixo custo e baixo consumo de energia possuem de O a 8 KB de memoria flash 64 a 512 bytes de memoria SRAM 64 bytes EEPROM 32x8 registradores e executam uma instru o a cada ciclo ATMEL 2015 2 2 Sistemas supervis rios Quando se projeta uma aplica o utilizando sistemas embarcados na maioria das vezes desej vel que se tenha um software de supervis o para que seja realizado o monitoramento do funcionamento da aplica o Este software chamado de sistema supervis rio Supervis rios do tipo SCADA controlam e monitoram pl
39. omunica o com o controlador Dependendo da aplica o e do tipo de controlador utilizado existem diversos protocolos de comunica o dispon veis para se implementar a comunica o entre supervis rio e controlador Alguns exemplos s o os protocolos Modbus ethernet e wifi O sistema de transmiss o de dados wifi estabelece a transmiss o de dados dentro de uma rede sem a utiliza o de um meio f sico conectando as m quinas participantes da rede Para tanto tal padr o utiliza a propaga o das ondas eletromagn ticas para realizar a comunica o dentro da rede De um ponto de vista industrial a utiliza o de redes wifi possuem aspectos positivos e negativos que devem ser levados em considera o quando se planeja utilizar a mesma O principal aspecto negativo da utiliza o de uma rede wifi a susceptibilidade a interfer ncias eletromagn ticas que podem ser causadas pela proximidade com o maquin rio industrial bem como a cobertura de rede reduzida NOGUEIRA 2009 Caso exista a possibilidade de se descartar estes dois problemas a rede wifi se torna uma alternativa extremamente interessante pois proporciona entre outros a facilidade de altera o do layout da rede sem a 19 preocupac o com cabeamentos f cil e r pida integrac o com dispositivos de rede e f cil instalac o Por esses pontos positivos este ser o protocolo de comunicac o utilizado neste trabalho 20 3 Componentes do prot tipo Todas a
40. os principais objetivos terem sido alcan ados existem muitas melhorias que ainda precisam ser feitas no mesmo para que o mesmo funcione corretamente Ao se analisar quais objetivos tiveram xito em seus resultados conclui se ainda que a maior parte dos erros foram causados pela m escolha do hardware Caso um servo com maior torque fosse utilizado o problema com a rota o da v lvula seria contornado Ainda caso um novo sensor ultrass nico fosse acoplado as varia es de leitura do sensor respons vel pela vasilha de alimenta o poderiam ser reduzidas Al m dos erros de hardware existe um erro de software que n o pode ser desprezado Durante o a elabora o do prot tipo n o foi poss vel estabelecer a comunica o bilateral entre supervis rio e arduino Neste caso seria necess rio a implementa o do supervis rio em outra plataforma que n o o ScadaBR ou um estudo mais detalhado do mesmo para determinar se poss vel ou n o tal comunica o via wireless com o arduino Por fim para se obter um prot tipo funcional conclui se que mudan as tanto em n vel de software como de hardware s o necess rias Uma vez que tais mudan as sejam feitas n o existem mais motivos aparentes para que o prot tipo n o funcione como o idealizado Ap s as mudan as feitas e com o prot tipo funcional este trabalho poder abrir espa o a um amplo leque de inova es Tais inova es podem ser implementadas em cima do projet
41. os na arquitetura Von Neumann 16 possuem um nico sistema de memoria que armazena tanto dados como instru es Assim o microprocessador pode acessar apenas dados ou apenas instru es em dado per odo de tempo mais nunca conseguira acessas ambos simultaneamente como na arquitetura Havard ARGADE e BETKER 1996 A figura 2 3 demonstra a forma de funcionamento da arquitetura Von Neumann MICROPROCESSOR PROGRAM FETCH UNIT BUS ARBITRATION UNIT DATA READ WRITE PROGRAM UNIT AND DATA MEMORY Figura 2 3 Diagrama de blocos do funcionamento da arquitetura Von Neumann Fonte Argade e Betker 1996 Outras caracter sticas complementares da fam lia Freescale 68HC11 s o microcontroladores de 8Kb de memoria ROM 512 bytes de memoria EPROM 256 bytes de memoria RAM e 40 portas de I O para uso geral FREESCALE 2015 2 1 1 3 Processadores da fam lia AVR Com o passar dos anos e as altas demandas e exig ncias do mercado novas fam lias de microcontroladores surgiram uma delas foi a AVR Tais microcontroladores possuem uma arquitetura Harvard modificada desenvolvida pela Atmel onde as instru es possuem 16 bits enquanto os dados possuem 8 bits As instru es viajam por um barramento de 16 bits separado do barramento de 8 bits destinado aos dados Essa arquitetura a mesma encontrada nos microprocessadores das placas Arduino Na figura 2 4 podemos ver o diagrama de blocos do funcionamento dos microcontr
42. s para o lado direito por 2 segundos e ficar parado por 1 segundo antes de come ar tudo novamente Ao final do teste o servo funcionou como o esperado Figura 4 3 Teste e aferimento do servo motor 28 4 2 Hardware Com todos os componentes eletr nicos funcionais e prontos foi iniciada a montagem do pet feeder O mesmo foi montado em um dispenser de cereais onde a ra o armazenada neste reservat rio existe um LED assinalando n vel cr tico e um sensor ultrass nico que realiza a checagem de nivel constantemente O mesmo ocorreu na vasilha de alimenta o do animal O servo motor foi instalado na v lvula borboleta do cereal dispenser e no hor rio predeterminado o servo rotaciona a v lvula borboleta liberando a ra o at que a mesma atinja um n vel predeterminado Ap s a montagem e aferimento dos sensores foram encontrados alguns problemas n o esperados Para alguns destes foi poss vel achar uma solu o provis ria porem para os outros a solu o pode apenas ser indicada Um dos problemas encontrados foi o fato de o servo motor n o possuir torque suficiente para rotacionar a v lvula borboleta Ao atuar o servo tentava rotacionar a v lvula porem ao aplicar for a na mesma ele se desarmava continuamente devido ao alto torque requerido Neste caso como n o existia outro servo motor que pudesse ser usado no projeto n o foi poss vel solucionar o problema porem a solu o seria a troca do servo por
43. s aplicac es e dispositivos requerem algum tipo de dado de entrada para reconhecer o ambiente em que o mesmo est inserido e desencadear uma ac o de controle com base no estado dos perif ricos de entrada de dados Esses dados podem ser gerados e adquiridos de v rias maneiras sendo a mais comum a utilizac o de sensores e com base no estado dos mesmos o microcontrolador capaz de acionar de forma precisa os diversos atuadores de uma aplica o eletr nica Neste cap tulo ser o abordados os dispositivos el tricos e eletr nicos utilizados na confec o do pet feeder suas caracter sticas e raz o para escolha dos mesmos 3 1 Sensores e atuadores Neste projeto foram utilizados um sensor ultrass nico HC SRO4 respons vel por constantemente checar o n vel dos reservat rios um servo motor de rota o cont nua modelo SM S4303R respons vel por liberar a ra o do reservat rio para a vasilha de alimenta o do animal e dois LED s respons veis por sinalizar n vel cr tico no reservat rio 3 1 1 Sensor ultrass nico HC SR04 O sensor ultrass nico SRO4 utiliza o mesmo principio de funcionamento que morcegos e golfinhos utilizam para detectar objetos a sua frente O sensor possui um emissor e um receptor de ondas ultrass nicas como mostra a figura 3 1 O emissor emite um sinal ultrass nico que ao encontrar um objeto ser refletido e captado pelo receptor com base no tempo gasto e na velocidade de propaga o das ondas
44. s ee ieee 23 3 2 1 Caracter sticas da plataforma Arduino YUN e cecais creen ando 23 DB RIO A vias eae ott ce ed ETA A TT ads dono assa raca aca aid 24 4 Desenvolvimento e resultados e nr eereraaaraaeanenaaaaaaaa 26 4 1 Aferimento e TESteS ssa passeia AA A AT ieee a eee 26 4 1 1 Sensores UFASS NICOS usar eee ear eee Aaa ee 26 Alias LEDS ari Desire a aa a 27 4 1 3 Servo MOOR sis eus ws asl NEEM note cette Andes Sars ves dada GD as RRR ARES 27 4 2 3 WA APOW ALC RR o RR RR aa aa a aa aa PARE EIS RE area Gidea DD DD RED DR REDE DD cceeestmanmeaaees 28 AZ CCWOUNO ia ea duel ac id ners TEAT Sadia dle E 30 437 SOA EA Aiea aia ee na ea le os Betas 32 4 3 1 PIAA ING ra e e Da a Re weap iad DER A Da 32 4 3 2 Sistema supervis rio 2 0 0 ccc ccccccseeeeeesseeeeeeeeeeeeeeeeceeeeeeeaeaaaseeeeeeeeeeesees 33 4 4 Funcionamento is DERA DERA DD DR RR RED DD DD RD DD DER DD RED DD EErEE nnen 35 5 Conclus o e Trabalhos Futuros ooii o oa a aa a aa a aa renas 39 6 Referencias Bibliogr ficaS 2 2 aiden asas oo aa ao aa oa DEA DRA Da a REDE Hsien ED DE dries jeduacels 41 Ap ndice A C digo para O Arduino csccceseceeeeeceeeeeecaneeeessseeeeseeeeeeeeeesseeesaeeaes 44 Ap ndice B Manual de inicializa o do prot tipo a oa o aa a aa a cien enDos 56 12 1 Introduc o 1 1 Considera es iniciais Os constantes avan os tecnol gicos propiciam a cria
45. s que abordam a mesma tem tica Todos concluem ressaltando as vantagens de um sistema como esse sobre sistemas tradicionais como por exemplo a facilidade se poder definir os hor rios que gostaria que as por es de ra o fossem servidas n o ficando preso a um determinado hor rio OCHAKOWSKI 2007 e a garantia que tal equipamento supriria a necessidade alimentar de c es e gatos de forma confi vel CARRIDE 2008 Tais caracter sticas juntamente com as proje es feitas pela ABINPET constituem um grande agente motivador para o desenvolvimento do prot tipo proposto 13 1 2 Objetivos Elaborar um prot tipo capaz de colocar ra o para um animal de estima o em um determinado hor rio pr programado do dia Este prot tipo deve contar ainda com meios para monitoramento remoto da quantidade de ra o dispon vel e de envio de alertas no supervis rio quando a mesma se aproximar do fim 1 3 Justificativa Ambos os mercados pet e de eletr nicos se encontram aquecidos no momento e com boas proje es futuras Al m disso as preocupa es com os animais de estima o durante viagens fazem parte da realidade vivida por grande parte dos lares brasileiros levando necessidade de uma solu o tal como a proposta neste trabalho bem como constituindo um alto grau de aceita o para o prot tipo 1 4 Metodologia O primeiro passo para o desenvolvimento do sistema foi definir suas funcionalidades e com base nestas foram defi
46. ultrass nicas o receptor capaz de determinar a distancia entre o sensor e o objeto O SR04 possui uma resolu o de 0 3 cm podendo detectar objetos entre 2 e 400 cm de distancia e posicionados dentro de uma angula o de ate 15 15 em rela o ao sensor Para seu funcionamento o mesmo requer uma fonte de alimenta o de 5V DC CYTRON 2015 Sua escolha foi feita com base na necessidade de se medir o n vel de comida nos reservat rios Outra op o para desempenhar tal fun o seria o sensor infravermelho O que levou a escolha do ultrass nico frente ao infravermelho foi o 21 fato do infravermelho ser mais suscet vel a ru dos externos como luz ambiente e superf cies refletivas Figura 3 1 Sensor Ultrass nico HC SR04 Fonte Cytron Product User s Manual HC SRO4 Ultrasonic Sensor 3 1 2 Servo motor de rota o continua SM S4303R Para realizar a liberagao de rac o pelo pet feeder foi utilizado um servo motor de rota o continua como o da figura 3 2 Ele sera respons vel por atuar uma v lvula borboleta que por sua vez ser respons vel por liberar a ra o para a vasilha de alimenta o do animal O servo motor opera utilizando 3 pinos sendo um respons vel pela alimenta o de 4 8V um pino GND terra e um pino PWM O pino PWM respons vel por controlar o servo O mesmo funciona enviando um sinal de 5V ao servo por um per odo de tempo Com base na dura o da largura de pulso que o servo el
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