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_____________________________________________________________________________________
Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
PAULO VICTOR DO AMARAL DE SOUZA
RENATA PRECIPITO KRUSICKI
SISTEMA AUTOMATIZADOR DE PROCESSOS MECÂNICOS
AUTOMOBILISTICOS
GARÇA
2017
_____________________________________________________________________________________
Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
PAULO VICTOR DO AMARAL DE SOUZA
RENATA PRECIPITO KRUSICKI
SISTEMA AUTOMATIZADOR DE PROCESSOS MECÂNICOS
AUTOMOBILISTICOS
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial.
Orientador: Prof. Dr. José Arnaldo
Duarte.
GARÇA
2017
_____________________________________________________________________________________
Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
PAULO VICTOR DO AMARAL DE SOUZA
RENATA PRECIPITO KRUSICKI
SISTEMA AUTOMATIZADOR DE PROCESSOS MECÂNICOS
AUTOMOBILISTICOS
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores: Data da aprovação: ____/____/_______ ___________________________ Prof. Dr. José Arnaldo Duarte. FATEC - GARÇA
GARÇA
2017
SISTEMA AUTOMATIZADOR DE PROCESSOS MECÂNICOS
AUTOMOBILISTICOS
Paulo Victor do Amaral de Souza [email protected]
Renata Precipito Krusicki [email protected]
Prof. Dr. José Arnaldo Duarte
Resumo - O projeto terá como função a realização do controle constante dos fluidos responsáveis pelo bom funcionamento de um automóvel, além de verificações periódicas do sistema elétrico do veículo. As informações serão exibidas de forma clara ao condutor, e comunicará ao motorista qual ou quais os procedimentos necessários para evitar problemas de escalas maiores e consequentemente maiores custos financeiros. Deve-se salientar que este protótipo terá como público alvo, proprietários de veículos desprovidos de alta tecnologia, para que de forma acessível possam realizar o controle das atividades mecânicas. A problemática envolverá principalmente questões econômicas, posto que a manutenção preventiva possua menor custo quando comparada a manutenção corretiva, além de evitar situações desagradáveis, como uma pane no veículo em locais pouco agradáveis. Outro ponto abordado será a segurança do usuário, com o objetivo de manter sua integridade física. O artigo apresentará aprofundamento teórico acerca de sensores, em particular aos utilizados no protótipo, além de informações sucintas em relação a microcontroladores de modo geral, com reduzido aprofundamento no controlador utilizado no projeto. Palavras-chave: Manutenção Preventiva. Segurança. Custo Reduzido.
Abstract - The Project will have the function of constant control on fluids responsible for good working in one vehicle. Also will have periodic checks on electric system in vehicle. All information’s will be displayed in one way that make clear for the conductor and this way will communicate to the driver which one proceeding will be necessary to avoids bigger problems and causing higher financial costs; Its important to say that this prototype will have target Audience to owners of vehicles which one don’t have high technology for this way could access and make the control of mechanical actives The problem will involve mostly economy questions one time that the preventive maintenance have lower costs when compared to a corrective maintenance as also avoid disagreeable situations for example the vehicle breakdown in some places that is not very safe or good and this breakdown on vehicle is very common.The other important point approached will be The Security with the costumer and with your physical integrity. The article will show theoretical deepening with micro controllers in particular to the component used in the prototype. Also will have succinct information’s about sensors in general with a degraded deepening in the sensors used in the project.
Keywords: Preventive Maintenance. Safety. Reduced Cost.
1. INTRODUÇÃO
O número de automóveis não para de crescer em nosso país, de acordo
com o Departamento Nacional de Trânsito (Denatran) e nas estimativas
populacionais do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), há um
automóvel para cada quatro brasileiros (tal informação pode ser observada por
região e acordo com a figura 1), e como consequência natural para tal dado, a
manutenção corretiva de veículos é enorme, sendo que grande parte delas
poderiam ser evitadas por simples ações que passam despercebidas em nosso
cotidiano. Falhas mecânicas envolvendo desde o superaquecimento até
ausência de carga na bateria podem ser facilmente evitadas, desde que exista
um sistema de controle de tais processos, permitindo que o usuário
acompanhe tudo que ocorre no motor de seu veículo e que muitas vezes é
difícil de ser identificado por pessoas com pouco conhecimento acerca de
mecânica automotiva.
Segundo Barros (2012, p.15), “a automação veicular, além de
proporcionar ao motorista segurança em situações críticas, pode também
auxiliá-lo dando-lhe informações necessárias”.
Figura 1 – Infográfico elaborado em 26/02/2014
Fonte: G1 Notícias, 2014
Grande parte da população brasileira possui o hábito, de somente levar
seu veículo para manutenção a partir do momento em que o mesmo apresente
falha mecânica, porém esta mentalidade deve modificada. E os motivos são
muitos e de enorme importância. A manutenção mecânica preventiva tem
inúmeras vantagens, como por exemplo:
• Segurança: Não possuímos ciência total de todos os locais que
precisaremos trafegar com nosso veículo. Muitas vezes em ruas escuras, que
apresentam risco a segurança civil. São horas nas quais o carro não pode em
hipótese alguma apresentar falhas. Podemos mencionar também problemas
menores, mas que apresentariam enorme transtorno, como por exemplo, uma
quebra durante o trajeto ao trabalho. De acordo com a Agência de Transportes
do estado de São Paulo (ARTESP), nas principais rodovias do Estado de São
Paulo são registrados, em média, 784 atendimentos diários por veículos que
apresentam problemas de panes elétricas e falhas mecânicas.
• Economia financeira: De acordo com Palacio (2007), auditor
técnico do Instituto de Qualidade Automotiva (IQA) afirma que a manutenção
preventiva é, no mínimo, 40% mais barata que a corretiva. Além disso, deve-se
citar o fato de evitar gastos inesperados com transporte alternativo enquanto o
veículo estiver sendo reparado.
• Aumento da vida útil do veículo: A vida útil de um motor depende
diretamente dos cuidados que o proprietário mantém com sua manutenção, de
modo que a manutenção preventiva contribuirá consideravelmente com o
aumento de sua durabilidade. Deve-se salientar que uma boa manutenção,
acarretará em maior valor de revenda ao automóvel.
O mercado automobilístico vem em constante crescimento e evolução
ao longo dos anos e principalmente na última década, de modo que a cada dia
podemos observar novas evoluções tecnológicas, sendo que os carros atuais
possuem cada vez mais essa tecnologia proposta neste projeto, no entanto o
protótipo que será desenvolvido tem como objetivo apresentar de forma barata
e simples informações que muitos veículos são desprovidos, e que facilitará a
rotina de seu condutor.
1.2 Objetivos gerais
O projeto busca de forma simples e eficaz, aperfeiçoar os processos
mecânicos de um automóvel, permitindo dessa forma, que qualquer tipo de
usuário possa conhecer a respeito de seu veículo, e acompanhar o seu
funcionamento, prevenindo adversidades futuras. O monitoramento acontecerá
de forma clara e simples, de modo que seja possível que o usuário tenha
ciência de muitos processos de seu automóvel através de um display LCD.
1.3 Objetivos específicos
Através da utilização de sensores de detecção de nível, será realizado o
acompanhamento do volume de fluídos do sistema de arrefecimento de um
veículo, permitindo dessa forma a antecipação a qualquer tipo de problema que
envolva superaquecimento do automóvel. Utilizando o mesmo princípio do
monitoramento de nível será possível também, verificar o volume de fluído do
sistema da direção hidráulica, evitando dessa forma, que o automóvel
apresente dificuldades de ser controlado, e também realizar o controle
periódico do nível de óleo do motor. Outro processo extremamente importante
para o bom funcionamento do veículo que será monitorado é quanto ao fluído
responsável pela realização da frenagem.
Será realizada uma verificação de todas as luzes que compõe a
sinalização de um automóvel e que muitas vezes ficam imperceptíveis ao
condutor, como por exemplo, luzes de freio e de marcha ré, e caso alguma
delas apresente falha isso será comunicado ao motorista, evitando dessa forma
quaisquer acidentes provenientes de problemas de sinalização, ou até então
uma indesejada multa de trânsito. O sistema será micro controlado, de modo
que todas as informações colhidas serão exibidas em tempo real através de um
display de cristal líquido.
As verificações serão realizadas somente no protótipo, para que a partir
deste experimento possa verificar a sua eficácia e viabilidade de instalação em
um automóvel.
1.4 Relevâncias do projeto
O projeto desenvolvido terá grande contribuição na rotina da população
em geral, visando proporcionar maiores facilidades ao dia-a-dia das pessoas,
evitando contratempos em momentos inoportunos e diminuindo gastos com
manutenções corretivas, devido a desatenções, proporcionando a oportunidade
de o usuário realizar todas as manutenções preventivas necessárias,
aumentando assim a vida útil do automóvel.
1.5 Procedimentos metodológicos
A metodologia utilizada baseia-se no desenvolvimento de em um
protótipo que simule os elementos e atividades hipotéticas de automóvel. O
projeto será desenvolvido em etapas, buscando atender ao máximo a correta
execução de processos que envolvem um bom funcionamento do veículo
automotor, de maneira que grande parte as necessidades e falhas do
automóvel sejam alertadas ao condutor.
O projeto funcionará a partir de inúmeros sensores em sistemas básicos,
como por exemplo, o sistema de arrefecimento, o qual utiliza um reservatório
com água. Tal processo será monitorado através destes sensores, e as
informações colhidas serão mostradas em um display, em tempo real,
permitindo assim, um alerta ao condutor, e consequente manutenção
preventiva do veículo.
2. REFERÊNCIAL TEÓRICO
O projeto desenvolvido será composto predominantemente por
sensores, que obterão variáveis físicas, e posteriormente tais dados colhidos
serão analisados e processados por intermédio do um microcontrolador,
presente no sistema embarcado arduino. As variáveis serão exibidas de forma
clara e precisa ao usuário.
2.1 Revisões bibliográficas
2.1.1 Sensores
De acordo com Thomazini e Albuquerque (2011, p.17), sensores podem
ser definidos como dispositivos sensíveis que a partir de uma variável física
detectada (como posição, velocidade, temperatura, nível, pH, pressão,
aceleração, força, torque, vazão, umidade, etc.), irá gerar um sinal elétrico
correspondente a variável apreciada. As medições de variáveis físicas são
essenciais para a execução de processos que envolvem monitoramento e
controle. Muitas vezes, as características elétricas dispostas por um sensor,
não são satisfatórias para serem utilizadas em um sistema de controle.
Usualmente o sinal de saída de um sensor deve ser alterado antes de sua
leitura no sistema de controle (micro controlador), pelo fato de ao ser
sensibilizado por uma variável, resultará em um sinal elétrico com nível de
tensão muito baixo, fazendo-se necessária a sua amplificação.
Os tipos de sensores diferem no estágio transdutor na medição de uma variável física. Em resposta a uma variável física, o sensor pode ser projetado para alterar sua resistência, sua capacitância, sua indutância, sua corrente induzida ou tensão induzida. (CETINKUNT, 2007. p. 196).
Para o monitoramento do nível dos fluidos dos sistemas de
arrefecimento, será utilizado sensor de nível por contato. Para o monitoramento
dos fluídos de freio e do sistema de direção hidráulica será utilizado o sensor
ultrassônico, esses sensores possuem grande aplicabilidade, podendo ser
utilizados para detecção de objetos em uma linha de produção, detecção de
pessoas, e também para a mensuração de fluídos podendo dessa forma
realizar de maneira rápida a medição de determinados volumes.
2.1.2 Sensor de distância ultrassônico
Como cita Lima (2017), o sensor ultrassônico, é um tipo de sensor que
realiza a mensuração da distância de um objeto sem contato, medindo o
intervalo de tempo entre o sinal ultrassônico enviado e o pulso de echo. O
pulso é emitido através do trig por meio de um sinal de alta frequência
(normalmente 200 kHz). De acordo com Rosário (2005, p.66), o princípio de
funcionamento deste sensor é similar ao de um sonar, utilizado em navios, em
que um sinal sonoro é emitido até que encontre um obstáculo, o qual o reflete.
Conforme Braga (2012), Esses sensores se caracterizam por trabalhar por um
tipo de radiação que não sofre interferência eletromagnética, fator esse de
enorme importância para aplicação em que será utilizado neste projeto.
A execução do cálculo da distância consiste basicamente em possuir
conhecimento do tempo de reflexão do sinal emitido pelo trigger. Deve-se
também usar como referência o valor da velocidade do som, que corresponde
a 331 m/s no ar seco a 0ºC ou 343 m/s no ar seco a 20ºC.
Equação para determinação da distância medida:
,
Onde, “D” é a distância medida em metros (m), “t” é o tempo de retorno
do sinal emitido em segundos (s) , e “ é referente a velocidade do som em
metros por segundo (m/s).
2.1.3 Sensor de temperatura
Temperatura é uma grandeza física que está relacionada com o nível de agitação molecular. Para um dado material em um de seus estados físicos (sólido, líquido ou gasoso), quanto maior a temperatura, maior será a agitação térmica das moléculas constituintes. (SIAS, 2006. p. 97).
Os sensores de temperaturas mais usuais, de fácil utilização e muito
acessíveis é o termopar. Conforme Moreira (2002. p.51) tal sensor é
constituído por dois metais distintos, unidos por uma de suas extremidades.
Quando há distinção de temperatura entre as extremidades unidas e as
extremidades separadas, há o surgimento de uma diferença de potencial (ddp).
Tal ddp é aproximadamente proporcional à diferença de temperatura entre os
dois pontos.
Deve-se salientar que “K”, se refere a constante de proporcionalidade,
que é uma função dos materiais que compõe o termopar. Segundo CETINKUNT
(2007. p. 239), “a constante de proporcionalidade é uma aproximação muito boa
para vários tipos de termopares, para uma ampla faixa de temperaturas”, isso
significa que ela não é exatamente constante, mas, ao contrário disso, há
variação de acordo com a temperatura.
2.2 ARDUINO
Em resumo, arduino pode ser definido como uma plataforma de protótipo
eletrônico de código aberto, baseada em hardware e software flexível.
Composto por uma placa principal de componentes elétricos, onde os
controladores principais que gerenciam os outros complementos e circuitos
montados nele estão conectados.
Arduino é constituído no hardware por um micro controlador
principal chamado Atmel AVR de 8 bits, responsável pela realização dos
processos lógicos e matemáticos no quadro, além de controlar e gerenciar os
recursos de cada um. dos componentes externos conectados a ele. Possui
entradas de pinos analógicos e digitais para integrar esses componentes sem
ter que alterar o design original desta placa.
Arduino, não são apenas componentes elétricos ou uma placa de circuito,
mas também é uma plataforma que combina isso com uma linguagem de
programação que serve para controlar os vários sensores conectados à placa,
por meios de instruções e parâmetros que estabelecidos ao conectar a placa a
um computador. Este idioma que opera dentro do Arduino é chamado de
Wirirng, baseado na plataforma de Processamento e principalmente na
linguagem de programação C / C ++,
2.2.1 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
O microprocessador ATmega328
32 kbytes de memória flash
1 kbyte de RAM
16 MHz
13 pinos para entradas / saídas digitais (programáveis)
5 pinos para entradas analógicas
6 pinos para saídas analógicas (saídas PWM)
Completamente autônomo: uma vez programado, não precisa ser
conectado ao PC
Microcontrolador ATmega328
Tensão de operação de 5V
Tensão de entrada (recomendada) 7-12 V
Tensão de entrada (limite) 6-20 V
Pinos de E / S digitais 14 (com 6 saídas PWM)
Pins 6 entradas analógicas
Pino E / S de Corrente CC 40 mA
Corrente DC 3.3V Pin 50 mA
Memória Flash 32 KB (2 KB para o carregador de inicialização)
SRAM 1 KB
EEPROM 512 byte
Velocidade do relógio 16 MHz
2.3 Processos a serem controlados pelo protótipo.
2.3.1 Sistema de arrefecimento.
Um dos pontos de estudo deste artigo, trata-se do sistema de
arrefecimento de um automóvel, uma vez que "no interior dos cilindros, são
alcançadas temperaturas superiores a 700ºC; é necessário portanto, um
sistema que dissipe esse calor[...]" (MOURA, 1988. p. 32). O desgaste do
motor está muito ligado a temperatura. O atrito gera calor que
consequentemente gera o desgaste prematuro dos componentes do motor.
Quando a temperatura não pode ser controlada as peças chegam a tal regime
de temperatura onde começam a se fundir, o dimensional mais uma vez é
modificado e o motor tranca, parando de funcionar. Para se evitar estes tipos
de problemas no motor temos a participação do sistema de arrefecimento que
mantém a temperatura de funcionamento em índices ideais. Em conformidade
com MOURA (1988, p. 32), o sistema conta com a circulação da água em torno
das câmaras de explosão e os cilindros, realizando a transferência do calor do
motor para o meio ambiente. O sistema ainda conta com um reservatório e um
radiador para fazer a troca do calor com o meio externo, além de alguns
componentes como bomba d’água e válvula termostática
2.3.2 Direção Hidráulica
A direção hidráulica é um sistema que permite ao motorista girar o
volante sem fazer muito esforço. O sistema hidráulico de um veículo consiste
de vários itens: um rack e um pinhão conectados às rodas fronteiras; um pistão
dentro do rack e do pinhão, que é movido pelo fluido pressurizado pela bomba
hidráulica, ajuda a virar as rodas; e um cilindro contendo o fluido acima da
bomba. Caso haja vazamento do fluido, a direção fica mais pesada, e a bomba
ou o rack e pinhão podem ser danificados sem a lubrificação. Por isso, é
importante verificar o nível de fluido hidráulico regularmente e acrescentar
fluido quando necessário.
2.3.3 Fluido de Freio
Tem a função de transmitir e multiplicar o esforço sobre o pedal de freio,
através da pressão hidráulica para o acionamento dos freios nas rodas. A sua
ausência em um automóvel compromete a frenagem do veículo, colocando em
risco a segurança do condutor, dessa forma, é essencial a verificação periódica
deste fluído.
3 METODOLOGIA DO PROTÓTIPO
O protótipo desenvolvido contará com quatro reservatórios plásticos,
com o objetivo de simular os recipientes utilizados para o armazenamento e
posterior utilização dos fluidos. A opção de utilizar reservatórios plásticos
transparentes em substituição de reservatórios automobilísticos foi em razão de
uma melhor apresentação do protótipo, pois torna possível uma perfeita
visualização dos fluídos e do volume existente em cada recipiente. Situação
esta que não seria possível utilizando reservatórios automobilísticos, pois
apresentam grande opacidade, dificultando uma boa visualização e completo
entendimento por parte dos avaliadores e demais espectadores.
Cada um dos quatro reservatórios plásticos representará um sistema do
automóvel, de forma que o controle volumétrico, monitoramento da temperatura
e posterior apresentação através do IHM do protótipo ocorrerão
instantaneamente. Através do display LCD, o usuário tomará ciência dos níveis
de fluidos de forma simultânea, possibilitando uma verificação constante, sem
interrupções.
Figura 5: Representação ilustrativa do protótipo
Fonte: SOUZA, 2017
Os fluidos responsáveis pelo sistema de freio e direção hidráulica, serão
controlados por meio do sensor ultrassônico HC-SR04, o nível do liquido
refrigerante presente no sistema de arrefecimento, serão mensurados por meio
do sensor sem contato capacitivo, e a temperatura do óleo lubrificante será
medida a partir do sensor de temperatura DS18B20, com blindagem,
permitindo dessa forma, o contato direto com o fluido. As variáveis colhidas
serão processadas mediante o microcontrolador, de forma que através da
programação realizada e posteriormente transmitida ao componente
controlador, executará as ações determinadas. Além da visualização das
variáveis colhidas, o sistema efetuará a sinalização sonora de modo
intermitente, trazendo dessa forma, a atenção do condutor para a falha
detectada. Tal sinalização ocorrerá nas seguintes situações:
• Volume do fluido de freio estiver menor do que o necessário para
realizar uma frenagem segura e eficiente, situação esta, que coloca em risco a
vida do condutor e demais passageiros.
• Temperatura do óleo lubrificante estiver demasiadamente acima da
recomendada durante o regime de trabalho, este aumento da quantidade de
calor no interior do motor pode ocasionar danos graves ao veículo, acarretando
posteriormente altos custos com a manutenção do mesmo. Deve-se salientar
que tal temperatura de trabalho varia de acordo com a marca e modelo do
automóvel, tornando necessária a configuração individual de cada sistema
projetado.
O protótipo também realizará uma verificação do funcionamento das
lanternas traseiras, sinalização de freio e luzes indicadoras de marcha ré, uma
vez que não há como o condutor possuir ciência de falhas nesses
componentes. Dessa forma evita-se acidentes decorrentes de falha na
sinalização, além de evitar infrações de trânsito (de acordo com o Art. 230 do
Código de Trânsito brasileiro).
Figura 6: Diagrama elétrico do circuito microcontrolado.
Fonte: Os autores, 2017
3.1 Controle dos fluidos com sensor ultrassônico HC-SR04
Os sistemas de frenagem e direção hidráulica terão seus fluídos
responsáveis pela transmissão de força, monitorados por intermédio do sensor
Ultrassônico, de modo que qualquer alteração volumétrica que comprometa o
bom funcionamento desses processos essenciais à segurança do condutor,
haverá o diagnóstico da situação por meio de um display LCD de cristal líquido.
Dessa forma, qualquer modificação que provoque um mau funcionamento do
automóvel será comunicado imediatamente ao usuário.
Deve-se levar em conta que vazamentos nos fluídos, podem
comprometer a integridade física do condutor e demais passageiros do
automóvel, dessa forma, visando maior segurança ao usuário, se necessário,
haverá a interrupção da alimentação do motor automobilístico, de forma que o
mesmo só voltará a funcionar após as devidas correções. É necessário
salientar que a ação de impedir o deslocamento do veículo, somente ocorrerá
em situações extremas, que impeçam o uso do freio, ou que impossibilite o
manuseio da direção.
3.1.1 Características do sensor
Para o monitoramento do volume dos fluidos, será utilizado o sensor
ultrassônico HC-SR04. Este sensor foi escolhido devido sua fácil utilização e
alta disponibilidade no mercado. Estas informações, aliadas ao baixo custo do
componente favorecem a sua utilização neste projeto. As demais
características do sensor, serão observada na tabela 1, demostrada a seguir.
Tabela 1: Características do Sensor HC-SR04
Tensão de trabalho 5 Volts
Corrente de trabalho 15mA
Frequência de trabalho 40 Hz
Alcance máximo 4 Metros
Alcance mínimo 2 Centímetros
Ângulo de mensuração 15º
Dimensão 40mm x 20 mm x 15mm
Fonte: Datasheet do componente
Na figura a seguir (figura 5), observa-se a presença dos seguintes pinos:
• VCC: Alimentação de 5 Volts
• GND: Terra (0 Volts)
• TRIG: Pino de gatilho
• ECHO: Pino de eco
Figura 7: Sensor HC-SR04
Fonte: Datasheet do componente
3.1.2 FUNCIONAMENTO DO SENSOR HC-SR04
O pino trig naturalmente permanece em nível lógico baixo. Para iniciar a
realização da mensuração da distância, o mesmo deve ser colocado em nível
lógico alto pelo período de 10 microssegundos (µs) e retornar para nível baixo
em seguida. Neste momento, 8 pulsos de 40kHz são emitidos e no pino de
echo será gerado um sinal em nível alto proporcional ao tempo em que os 8
pulsos de 40kHz levaram a chegar até este pino (referente ao receptor). Em
seguida, basta verificar o tempo em que o pino echo permaneceu em nível alto
e utilizar a fórmula de cálculo de distância.
Para realizar o cálculo da distância, utiliza-se a seguinte fórmula já
citada:
Buscando facilitar o cálculo no momento da programação, deve-se
encontrar uma constante de proporcionalidade. Primeiro é calculada a
velocidade do som no ar, em centímetros por segundo [cm/s], sabe-se que a
velocidade do som é equivalente a 340 m/s, logo equivale a 34000 cm/s. Em
seguida, é necessário ter conhecimento qual o tempo decorrido em
microssegundos [µs] para o som percorrer 1 centímetro [cm].
Sabe-se que para percorrer 34000cm, leva-se o tempo de 1 segundo [s]
que é equivalente a µs, dessa forma podemos encontrar o valor do tempo
necessário para percorrer 1cm.
µs = 34000 cm
X µs = 1 cm
Desenvolvendo se as equações de proporcionalidade têm que x = 29.4
µs, dessa forma, descobrimos o tempo necessário para o sinal ultrassônico ser
emitido pelo trig e recebido pelo echo, no entanto este tempo equivale a 2
vezes o valor da distância. Tendo em vista, que o valor pretendido trata-se da
metade da distância, é necessário dividir a equação final pela metade, para
dessa forma atingir o valor desejado.
Onde “D” equivale a distância [cm] e t ao tempo [µs].
3.2 CONTROLE DA TEMPERATURA DO ÓLEO DE LUBRIFICAÇÃO
O motor de um automóvel realiza a função mais importante do veículo, e
nesse conjunto de componentes metálicos, o óleo lubrificante possui papel
fundamental para um bom funcionamento. Os óleos lubrificantes foram
inseridos nos motores a combustão interna com o objetivo de reduzir o atrito,
evitando-se dessa forma a quebra precoce de peças do motor. O óleo
lubrificante possui o encargo de formar uma pequena película entre as peças
metálicas que estão em movimento, evitando dessa forma, o contato direto,
que seria prejudicial ao motor, reduzindo sua vida útil. Entretanto, deve-se
salientar que para um bom funcionamento desse componente e
consequentemente do motor de maneira geral, é necessário que a temperatura
do motor esteja no valor ideal de trabalho, caso contrário, características como
a viscosidade do fluido serão alteradas, provocando uma má lubrificação.
Elevações na temperatura do óleo, acima do indicado, podem também ser
sinais de superaquecimento do motor, muitas vezes provocada, por falha do
sistema de arrefecimento, e como consequência, acarretará em problemas
mecânicos críticos.
Dessa forma, com o objetivo de verificar o superaquecimento, haverá um
sensor de temperatura presente no reservatório de óleo de lubrificação, e em
um cenário que a temperatura atinja níveis elevados, que comprometam a
mecânica do automóvel, o motor será desligado, e somente retornará a realizar
trabalho, com a variável de temperatura restabelecida ao parâmetro adequado.
Em geral, grande parte dos veículos automotores, com funcionamento por meio
de combustão interna, possui a temperatura de trabalho ideal, próximo aos
82ºC.
3.2.1 SENSOR DE TEMPERATURA DS18B20
Para a realização do monitoramento e controle da temperatura do óleo,
foi utilizado o sensor DS18B20. Este sensor possui resistência contra fluidos no
estado liquido, possibilitando dessa forma, sua imersão no óleo lubrificante e
precisa verificação de temperatura.
O sensor DS18B20 trabalha com faixa de tensão de 3 a 5,5 Volts, e
opera na faixa de -55°C à +125°C, possuindo precisão de ± 0,5 °C quando a
temperatura estiver entre -10 ° C a 85 °C. O sensor possui 3 terminais, que
podem ser observado por meio da figura 6, representados pelos numerais 2,3 e
4. O número 2 trata-se do terminal GND, responsável pelo aterramento do
sensor, ou seja, 0V, o terminal de número 3 é responsável pela transmissão de
dados, e por fim o terminal 4 trata-se do terminal VCC, responsável pela
alimentação de 3 a 5,5V. O numeral 1, está localizado o sensor encapsulado.
Figura 8:
Sensor de temperatura DS18B20 Fonte: Os autores
3.3 Detecção de lâmpada queimada
A verificação de falhas no sistema de sinalização traseiro, será realizado
através de um esquema elétrico, disponível a seguir:
Figura 9: Diagrama elétrico do sistema de detecção de lâmpada queimada
Fonte: Os autores
O circuito é composto por 2 diodos de alta potência, 1 fotoacoplador, 1
transistor NPN, 1 resistor, 1 led, além da fonte de alimentação e a lâmpada a
ser monitorada.
• Situação 1: Quando a lâmpada estiver acesa, ou seja, com seu filamento
em perfeita ordem e conduzindo corrente elétrica, haverá o fluxo de elétrons
entre os dois diodos, causando uma queda tensão de aproximadamente 1,4
Volts, entre os dois componentes semicondutores, tensão esta suficiente para
acionar o fotoacoplador e consequentemente deixando o transistor em corte,
nesse caso, o led vermelho não será energizado, permanecendo apagado.
Figura 10: Simulação da lâmpada acesa
Fonte: Os autores.
• Situação 2: Em uma segunda situação, em que a lâmpada esteja
queimada, ou seja com o seu filamento aberto, não haverá tensão entre os
diodos, de modo que o fotoacoplador não será acionado e consequentemente
o transistor não entrará em corte. Na situação em que o transistor esteja
saturado devido o resistor, existirá o fluxo de corrente no led, fazendo com que
o mesmo acione e indique que ao condutor que a lâmpada está queimada.
Figura 11: Simulação da lâmpada queimada (contato aberto)
Fonte: Os autores
Através da simulação de energização dos circuitos por meio do software
Protheus, é possível observar que na figura 8, o led vermelho permanece
apagado, enquanto que na figura 9, com o contato aberto, simulando uma
lâmpada queimada, o led vermelho é acionado, indicando a irregularidade.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O desenvolvimento do presente protótipo teve como finalidade
proporcionar facilidades na rotina dos cidadãos, dando as condições de
visualização do funcionamento e das necessidades de seu automóvel, sendo
assim, fornecendo a oportunidade que o usuário com pouco conhecimento em
mecânica automotiva consiga manter as manutenções necessárias de seu
veículo em dia, conservando e estendendo sua vida útil.
A partir da aplicação dos conhecimentos teóricos adquiridos durante o
curso de graduação, foi realizado o desenvolvimento do protótipo com
eficiência, aliada ao baixo custo do projeto, fator este de enorme importância. O
sistema mecatrônico cumpre o papel para o qual foi projetado, evitando
também a obsolescência do automóvel desprovido de alta tecnologia
embarcada, e consequentemente proporcionando maior segurança ao usuário.
Por sua simples instalação, o sistema poderá ser instalado em qualquer
automóvel, podendo ser facilmente adaptado, necessitando de configurações
em sua programação, de acordo com as especificações de cada marca e
modelo.
Umas das principais dificuldades do projeto, é o fato de que a região de
trabalho dos sensores, será demasiadamente próxima ao motor a combustão,
ou seja, parte dos sensores estarão sujeitos a altas temperaturas, e até a
grandes variações de pressão. Devemos levar em conta também, que
raramente os sensores estarão em estado de inercia, fator este, que poderá
provocar desconexões, caso o desenvolvimento do sistema não seja realizado
com rigorosidade na montagem e soldagem.
Os sensores utilizados nesse projeto são específicos para prototipagem,
sendo necessário a utilização de sensores com blindagem contra líquidos, para
melhor utilização em um automóvel.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BARROS, Wagner Rocha. Sistema de automação veicular com
arduino e android, disponível em:
<http://www.unasp-ec.com/sistemas/admin/upload/1411505628tcc.pdf>
acesso em 06 de maio de 2017.
ROSÁRIO, João Maurício. Princípios de Mecatrônica. São Paulo:
Prentice Hall, 2005.
JÚNIOR, Joab Silas da Silva. O que é temperatura?. Disponível em
<http://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-temperatura.htm>. Acesso
em 02 de junho de 2017.
BRAGA, C. Newton. Como funcionam os sensores ultrassônicos.
Instituto Newton B. C. Disponível em:
<http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/5273-art691>.
Acesso em: 10 de maio de 2017
SOARES, Márcio José. Microcontrolador PIC. Arne Robotics.
Disponível em:
<http://www.arnerobotics.com.br/eletronica/new_pictures/microcotrolador_PIC_t
eoria2_fig1.png>. Acesso em: 27 de agosto de 2017
LIMA, Izabelle. Auto Core Robótica. Aprenda a utilizar o sensor de
distância ultrassônico HC-SR04 com Arduino. Disponível em:
<http://autocorerobotica.blog.br/aprenda-utilizar-o-sensor-de-distancia-
ultrassonico-hc-sr04-com-arduino/>. Acesso em: 03 de setembro de 2017
CENTINKUNT, Sabri. Mecatrônica. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
SIAS, Denise Borges. A aquisição automática de dados
proporcionando discussões conceituais na física térmica do ensino
médio. Disponível em:
<http://www2.pelotas.ifsul.edu.br/denise/dissertacao/textofinal2.pdf>. Acesso
em 02 de junho de 2017
MOREIRA, Lúcia. Medição de Temperatura Usando-se Termopar.
Disponível em: <http://www.ceramicaindustrial.org.br/pdf/v07n05/v7n5_6.pdf>.
Acesso em 09 de junho de 2017.
ASSIS, Pietro Diovane Keoma Bergamaschi de. Microcontrolador.
Disponível em: <http://www.unipac.br/site/bb/tcc/tcc-
f6cceedfa3f6307211208b80c790c6e3.pdf>. Acesso em 26 de agosto de 2017
REIS, Thiago. Com aumento da frota, país tem 1 automóvel para
cada 4 habitantes. Disponível em: <
http://g1.globo.com/brasil/noticia/2014/03/com-aumento-da-frota-pais-tem-1-
automovel-para-cada-4-habitantes.html>. Acesso em 05 de maio de 2017
PALACIO, José. Manutenção é 40% mais barata que conserto, diz
especialista. Entrevista concedida ao site G1 Notícias. Disponível em
<http://g1.globo.com/Noticias/Carros/0,,MUL155595-9658,00.html>. Acesso em
05 de maio de 2017
MOURA, Walquir Baptista de. Mecânica do automóvel: Motores a
gasolina: A fundo. Rio de Janeiro: Século Futuro LTDA, 1988.
ARDUINO TECNOLOGIA PARA TODOS. Disponível em
<https://arduinodhtics.weebly.com/iquestqueacute-es.html >
