ATC - academico

TRABALHO INTERDISCILINAR DIRIGIDO III

INTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA

AUTOMATIZAÇÃO DE BICICLETA POR SENSORES

 Curso: Engenharia de Computação Professor                         TIDIR: Osmar Ventura Gomes

Bruno Costa, Everton, Jacques Gelmini Almeida, Matheus Ícaro, Mauricio Gustavo, Raphael Carcerone, Victor Albuquerque.[pic 1]

Resumo ⎯ Este artigo tem como escopo á implementação de sensores na automação da bicicleta, através de um sistema que possa realizar a troca das marchas conforme a necessidade do ciclista; declive, plano e aclive. Foram desenvolvido um sistema eletrônico controlado por um arduíno e um protótipo, bem como, uma bicicleta automatizada para tal funcionamento do sistema.

Palavras-chave ⎯ Sensores, Automação, Bicicleta.

1. INTRODUÇÃO

        No século XV, Leonardo da Vinci criou o primeiro esboço da bicicleta, a qual tem várias utilidades, serve como um meio de transporte ecologicamente correto, como um excelente exercício físico, ou até mesmo para o lazer. Em tempos de preocupações ambientais com emissões de carbono e ainda problemas de saúde em obesidade e doenças cardíacas, a bicicleta aparece como um agente transformador. Desde então, a bicicleta foi constantemente aperfeiçoada até um modelo de sistema de cambio automatizado. Com este intuito de automatização em maior desempenho e conformidade, surgi-se a definição de automatização, em que é descrito em três etapas, em que a primeira etapa é A primeira etapa é o “Sistema de Controle”, que significa a descrição global do sistema como um todo. A segunda etapa é o “Equipamento de Controle”, no qual é apresentado de forma detalhada as informações de entrada e os comandos de saída relativos ao equipamento de controle. Por fim, a terceira etapa é o “Sistema Controlado”, onde ocorre a descrição detalhada do processo controlado, apresentado detalhes relacionados à execução do controle [1].

        Mediante estes conceitos de automatização, tem-se a questão: De que forma os sensores podem ser utilizados na automatização da bicicleta? Atualmente, existem sensores de funcionalidades diferentes que podem ser utilizados para a automatização do cambio da bicicleta, tais como o sensor infravermelho para detectar rotações, o acelerômetro, o qual é utilizado para medir inclinação, e o sensor hall, utilizado para detectar um campo magnético, por tanto nesta ocasião serão utilizados dois destes sensores citados.         

        O presente trabalho tem como objetivo geral à implementação de sensores para a automação do sistema de transmissão da bicicleta. Como objetivos específicos, têm-se: estudo do Arduíno; analise da integração de sensores na transmissão da bicicleta; o desenvolvimento de um algoritmo para a automatização; o desenvolvimento de uma bicicleta automatizada como protótipo. Justifica-se este trabalho pelo aspecto ecológico, ambiental e tecnológico, atendendo à integração de sensores na física mecânica.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 ARDUÍNO

        Conforme Michael McRoberts, "[2] Um Arduino é um pequeno computador que você pode programar para processar entradas e saídas entre o dispositivo e os componentes externos conectados a ele". Ainda sim, afirma que o Arduino é o que chamamos de plataforma de computação física ou embarcada, ou seja, um sistema que pode interagir com seu ambiente por meio de hardware e software [2].

        O software é uma linguagem de programação para desenvolvimento do software do microcontrolador e do gerenciador de inicialização (bootloander) que é executado na placa [3]. As programação padrão do Arduíno é a Open-source Arduino, em que origina-se   da Wiring e C/C++, ambas linguagem de programação aberta [3]. Segundo a Arduino SA, "[4] O ambiente Open-Source Arduino, torna fácil escrever código e enviá-lo à placa i / o. Ele roda em Windows, Mac OS X e Linux. O ambiente é escrito em Java e baseado em Processing, avr-gcc e outros softwares de código aberto.". Ainda sim pode-se utilizar outras plataformas como o Java, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider, ActionScript, entre outros [3].

2.2 SENSORES

        Os sensores proporcionam um meio de gerar sinais que podem ser utilizados como entradas para circuitos eletrônicos, em que parâmetros físicos como a temperatura, o nível de iluminação e a pressão são exemplos daquilo que pode ser sentido, e assim enviados pelos sinais para circuitos eletrônicos [5]. Afirma Mike Tooley que, "[5] Ser capaz de gerar um sinal elétrico que representa de forma precisa essas quantidades nos permite não apenas medir e guardar esses valores, mas  também controla-los".

        O sensor hall e capaz de detectar campos eletromagnéticos, assim o campo elétrico e a tensão Hall têm sentido opostos, em que o sinal da tensão Hall permite determinar o sina dos portadores majoritários de carga [6].  Segundo Sergio Rezende, "[6] Quando o movimento de elétrons num semi condutor e confinado a duas dimensões, a tensão Hall varia com o campo magnético em degraus". O sensor Hall é constituído de uma pequena barra de semicondutor, percorrido por uma certa corrente elétrica. Quando coloca-se o sensor Hall num campo magnético no qual a intensidade deste campo pode-se medir, assim o valor da tensão aparece transversalmente no sensor que fornece uma medida direta do campo [6].         Prendendo-se um imã em qualquer peça móvel, pode-se detectar o movimento da peça, pelo fato de um imã conter um campo eletromagnético. Assim, podem-se somar as rotações e verificar a sua posição utilizando um sensor Hall [7]. [pic 2][pic 3]

        A Figura [1] demonstra um sistema em uma maquina industrial, na qual um imã está preso a uma engrenagem em que o sensor Hall detecta quantas voltas dará tal engrenagem [7].        [pic 4]

        A Figura [2] demonstra um imã preso a uma peça circular em que gera o mesmo padrão de campo, permitindo assim detectar movimentos de rotação [7].   [pic 5]

2.3 SERVOMOTOR

        O Servomotor é uma maquina que movimenta proporcional a um comando, e funciona em dois modos que são o modo torque e o modo velocidade, alem de ser constituído por um motor elétrico, sensor e um circuito de controle [8]. No modo torque o servo motor controla apenas o torque no eixo independente da velocidade e posição do mesmo [8]. No modo Velocidade, o servomotor se mantém constante no valor indeterminado pela referência de velocidade, assim o torque irá variar em função da carga [8]. O Motor elétrico é o conjunto de engrenagens que forma uma redução que ajuda a amplificar o torque; Sensor é  acoplado ao eixo do servo, sendo que o valor de sua resistência elétrica determinará a posição angular do eixo; Circuito elétrico que é formado por componentes eletrônicos tais que recebe o sinal do sensor e assim aciona o motor no sentido necessário para posicionar o eixo na posição desejada [8].