Robo bombeiro

2008-10-16T16:04:00.001-07:00

Este projecto vai consistir na Construção de um Robô móvel e autónomo, capaz de detectar e extinguir um fogo (simulado por uma pequena vela), dentro de uma casa constituída por corredores e varias divisões. Dentro dessa mesma casa o robô ira deparar-se com vários obstáculos que terá de superar.A realização deste projecto tem como objectivo a participação no concurso organizado pelo Departamento de Informática da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do IPG, como também desenvolver novos pólos na área da robótica.A Escola Profissional de Trancoso (E.P.T.) já participou neste concurso em anos anteriores tendo obtido uma boa classificação, este ano cabe-nos lutar para adquirir bons resultados.Neste relatório vou focar alguns pontos essenciais relacionados com a compreensão deste projecto, sendo os fulcrais, os pressupostos teóricos, as estratégias e as actividades desenvolvidas.Disponho de muitas mais fotografias e informações acerca do robô, sendo os mesmos expostos no meu Blog.

Descrição dos componentes do robo parte 1

2008-10-16T16:00:00.000-07:00

Este robo foi a minha prova de aptidão profissional (P.A.P).
Pressupostos TeóricosNeste ponto iremos fazer uma descrição um pouco detalhada acerca dos componentes que foram necessários na construção do robô, permitindo a pessoas que não estejam dentro da área ou não percebam de electrónica, fiquem com uma explicação de como funcionam esses componentes, e que também tenham uma melhor percepção acerca do funcionamento do robô.Na realização deste projecto foi utilizado um conjunto de componentes que passamos a descrever:

Objectivos
A realização deste projecto tem como principal objectivo testar e aplicar os conhecimentos adquiridos ao longo de três anos, de formação profissional no curso de Electrónica e Telecomunicações. Tem ainda como finalidade participar num concurso de robótica (concurso do robô bombeiro) que vai ter lugar na cidade da Guarda, sob a responsabilidade do Departamento de Informática da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do IPG (ver regras em anexo). E por ultimo e talvez o mais importante, o objectivo da realização pessoal, de sermos ou não capazes de concluir um projecto desta envergadura

Descrição dos componentes:

Resistências – A resistência é um dos componentes imprescindível na construção de qualquer equipamento electrónico, é ela que permite distribuir adequadamente a tensão e corrente eléctrica a todos os pontos necessários.Resistência é o valor da oposição ao fluxo da corrente num circuito.É medida em ohms. Um ohm é uma unidade que diz quanta oposição, tem uma resistência ao fluxo da corrente. Valores maiores das resistências são expressos em Kilohoms ou megahoms.No robô vão ser utilizadas resistências na placa-mãe na activadora por som, na activadora da ventoinha e led`s.

Potenciómetro - As resistências ajustáveis e variáveis, também designadas por reóstatos, potenciómetros, ou em adaptação da designação em língua inglesa, trimmers, são utilizadas em aplicações nas quais se exige a afinação ou a variação continua do valor nominal de uma resistência.
No nosso trabalho vai ser utilizado para variar a sensibilidade do microfone na placa do activador por som.

Condensadores – O condensador é um componente usado em quase topo tipo de dispositivo electrónico.
Ele permite armazenar cargas eléctricas na forma de um campo electrostático e mantê-la durante um certo período, mesmo que a alimentação eléctrica seja cortada.
Os condensadores são usados nas fontes de alimentação, nas placas mãe e em inúmeros outros componentes. A função mais comum é rectificar e estabilizar a corrente eléctrica, evitando que variações possam danificar qualquer dispositivo.
É justamente por causa dos condensador que nunca devemos tocar nos componentes internos da fonte de alimentação sem os cuidados adequados.
Você pode levar um choque considerável mesmo que a fonte esteja desligada da tomada.
No robô vão ser utilizados na placa do activador por som.

Díodos – Os díodos são componentes electrónicos formados por semicondutores. São usados como semicondutores, por exemplo, o silício e o germânio, que em determinadas condições de polarização, possibilitam a circulação de corrente.
Externamente, os díodos possuem dois terminais, Ânodo (A) e o Cátodo (K) e há, próximo ao terminal Cátodo uma faixa que o indica. Possui formato cilíndrico. O díodo é a aplicação mais simples da união PN (semicondutores) e tem propriedades rectificadoras, ou seja, só deixa passar a corrente em um certo sentido (Ânodo – Cátodo), sendo o contrário impossível, excerto nos díodos de zener, que nessa condição deixam passar uma tensão constante. Existem certas variações na sua apresentação, de acordo com a corrente que o percorre.

Circuito Integrado – Os circuitos integrados como o próprio nome sugere, são componentes que no seu interior possuem outros componentes, integrados de tal maneira que formam circuitos electrónicos. São componentes de fácil acesso e relativa simplicidade, que estão presentes cada vez mais no nosso dia a dia, dentro de televisores, rádios e em computadores.
O processo industrial mais comum para a sua fabricação consiste na gravação por meio fotográfico em uma superfície de silício. Logo o silício que recobre regiões activas é convertido em um óxido ou um nitrito inertes. Os transístores resultantes desse processo são planos, o que facilita a sua ligação.
Esse é o processo que origina os circuitos integrados, mais conhecidos como “chips”, que ganham cada dia mais espaço na electrónica.
Os circuitos integrados realizam tarefas que vão desde a amplificação de sinais até a realização de cálculos complexos. São formados por elementos fixos instalados num único suporte semicondutor. Vai ser utilizado no activador por som.
Vou então passar apresentar o circuito integrado que vou utilizar no meu projecto: LM324

Microfone – Ele permite que a comunicação do orador seja mais natural e espontânea, possibilitando falar a grandes plateias da mesma forma como se conserva com uma ou duas pessoas.
Vai ser utilizado no activador por som para receber a frequência para activar o robô.

Descrição dos componentes do robo parte 2

2008-10-16T15:59:00.000-07:00

Sensor Ultra Sónico SRF05 – SRF05 é um sensor de distâncias com a função de detectar objectos e medir a distância entre 3 a 4 metros. O sensor trabalha por ultras sons para fazer a medida.
É de utilização simples com a programação que vamos utilizar. Vai ser utilizado para medir os quartos e os corredores, detectando também qualquer obstáculo que se encontra no caminho. Irão ser utilizados quatro sensores que vão ser colocados na parte da frente do robô, um no centro, um voltado para o lado direito, e dois para o lado esquerdo.

Sensor da Linha Branca – Este sensor foi utilizado no robô com o objectivo de detectar uma linha branca que se encontra à entrada dos quartos (pertencentes à maqueta utilizada para testar o robô).
O sensor da linha branca é um sensor que reflecte infravermelhos.
O sensor utiliza um TTL estável, de sinal alto e sinal baixo (+5v-“1” e 0v-“0”) dependendo do tipo de sensibilidade do sensor.
O LED está ligado e a saída é baixa quando o sensor está posicionado sobre uma superfície preta, quando o LED desliga-se e a saída é alta quando o sensor é posicionado sobre uma superfície branca. O sensor tem 8 conectores que podem ligar directamente à mini placa do micro-controlador.

Placa-mãe (Motherboard) – A placa-mãe é a que vai conter o micro controlador basicx-24 que tem armazena toda a programação do robô.
É esta placa que vai dar todas as instruções ao robô, ou seja, vai funcionar como o cérebro do robô. Contem as portas em que vai ligar os servos e os sensores.

Basic Bx-24 – O Basic Bx-24 é o micro controlador em basic sendo o mais potente do mercado. Este circuito é tudo o que se precisa para iniciar qualquer projecto de robótica.
O Basic Bx-24 reúne um circuito do tamanho de um chip de 24 patas num micro controlador Atmel, a memória EEPROM de 32 kbytes, o regulador de tensão e a porta Rs232, de forma que basta escrever os programas (no Basic), PC, e mais tarde enviada e compilada na placa para que os dados sejam executados de forma independente.

Sensor Ultravioleta – A utilização deste sensor tem como objectivo, detectar os raios ultravioletas que um objecto luminoso transmita, neste caso uma vela.

Roda Giratória – Esta roda vai ficar instalada na traseira do robô e vai permitir ao robô deslocar-se em todas as direcções sem qualquer dificuldade.

Rodas – A roda de neopreno indicada especialmente para o uso nos robôs e para os projectos de robótica. Esta roda é aparafusada directamente na placa do servo, fornecendo grande tracção, graças à aderência do neopreno puro.
Além, da tracção esta roda oferece um movimento suave e silencioso graças ao efeito de esponja que corrige irregularidades.

Servomotor – O servo HSR – 1422CR é um servo “potente”. As suas rotações superiores, junto com as suas engrenagens de nylon, permitem transmitir toda a potência dos seus 2.8 kg/força em projectos de robótica.
Têm a característica de serem bastante resistentes garantindo um bom desempenho do robô. Podem funcionar com voltagens de 4.8 a 6 Volts. Foram utilizados 2 servos motores no robô, (nas rodas do robô).
Conexões: Amarelo-Sinal; Vermelho-Positivo; Preto-Negativo.

PVC Condensado – É um material sólido, fácil de manusear e leve. Foi utilizado para construir toda a estrutura do robô.
Foi pensado e testado qual deveria ser o material a utilizar e chegou-se a conclusão que este seria o mais apropriado.
Iniciou-se o projecto, desenhando a estrutura que se pretendia com as medidas certas em folhas A3.
Quando se chegou ao que se pretendia foi preciso a ajuda de um serrote com uma lâmina adequada para o corte do PVC condensado. Após este passo utilizamos uma lima para o aperfeiçoamento da estrutura.

Ventoinha – A ventoinha tem duas hélices e é feita de plástico. O motor foi retirado de uma drive cd-rom de um computador por ter uma boa rotação. Enquanto que a hélice é geralmente utilizada no aeromodelismo.

Placas de Circuito Impresso (PCI) – São placas onde vão ser imprimidas as matrizes dos circuitos, tais como, a placa, o activador por som e o circuito da ventoinha.

Basic-x – Este é o programa que foi utilizado para “programar” o robô. Em anexo encontra-se todo a programação utilizada.

Baterias – As baterias são de 9v e foi pensado qual seria a melhor bateria a usar nomeadamente em termos de dimensões, voltagem e peso.

Estratégias para a execução do robo

2008-10-16T15:47:00.001-07:00

Ao longo da realização de todo o projecto PAP (projecto de aptidão profissional) fui adoptando algumas estratégias de trabalho de forma a facilitar a realização do mesmo;

1. Como não poderia deixar de ser a primeira preocupação foi escolher o tema do projecto a desenvolver e decidir se seria realizado em grupo ou individualmente;

2. Recolha de informação, em livros, revistas e na Internet, a cerca da robótica em particular do projecto robô bombeiro;

3. Realização do Ante-projecto PAP;

4. Após a aprovação do ante-projecto PAP, iniciamos a sua realização;

5. Construção de um Blog a cerca do nosso projecto;

6. Aquisição dos meios materiais necessários;

7. Construção da maqueta onde será testado o robô;

8. Estudo e projecção das placas electrónicas, no programa eagle;

9. Transposição das pistas para a placa de circuito impresso, através do método da foto-impressão;

10. Corrosão da placa;

11. Perfuração da placa;

12. Soldadura dos componentes electrónicos na respectiva placa;

13. Projecção da estrutura do robô e o seu dimensionamento;

14. Corte do PVC para a construção da estrutura do robô;

15. Perfuração da estrutura;

16. Colocação, dos servos, da placa, das rodas, dos sensores, baterias e da ventoinha;

17. Fase de testes ao robô na maqueta previamente construída;

18. Possíveis aperfeiçoamentos no robô;

19. Realização do relatório técnico.

I. Execução do ProjectoPara uma boa execução do nosso projecto P.A.P., dividimos o mesmo em várias fases, as quais serão descritas pormenorizadamente de seguida:

1. Parte – Eagle PCBEste é dos itens onde se requer mais cuidado. Depois da análise detalhada, passámos à elaboração da placa de circuito impresso, nomeadamente a placa-mãe, o activador por som e o activador da ventoinha. Ao contrário de anos anteriores, resolvemos unir os três circuitos num só, facilitando assim a execução do nosso projecto.

circuito placa mãe

circuito activadora por somcircuito activador por som

Iniciamos esta fase com a construção de uma placa – mãe, para a realização de testes, e após a sua conclusão apercebemo-nos que continha alguns erros nas conexões com a porta Com, porta esta que serve para ligar a placa ao PC.Estas matrizes foram elaboradas no programa “Eagle”.Tivemos de ter em atenção a dimensão da placa, pistas e perfurações.

Placas criadas no eagle

Corrosão, perfuração e soldadura

2008-10-16T15:45:00.000-07:00

Após a elaboração da(s) placa(s) no programa eagle, e da impressão da mesma em acetato, passamos a fase seguinte que é a transposição do desenho das pistas para a placa. Para a execução deste passo foi necessário a utilização da insoladora, este processo de transposição demorou 110 segundos

De seguida iniciou-se o possesso de corrosão das placas de circuito impresso, para isso foi necessário a utilização da bancada de reagentes. No primeiro tanque, aplaca, permaneceu 45/50 segundos, para que as pistas fossem reveladas, passou depois ao segundo tanque, onde aconteceu “um ataque ao cobre”, de 5/7 minutos, passou depois ao terceiro tanque onde esteve 5/7 minutos para ser feita a decapagem. Após a corrosão da placa procedeu-se a aplicação dos produtos para que as pistas não se venham a degradar.

Posteriormente a conclusão deste processo passamos a perfuração da placa. Este passo não tem muita coisa a dizer simplesmente que para a perfuração da placa utilizamos um berbequim e uma broca de um mm, a perfuração da placa foi feita no lado das pistas de cobre.

Por fim chegou a altura de soldar os componentes electrónicos na placa, o objectivo da soldadura é o de unir os componentes ás pistas de cobre. Para que uma soldadura seja impecável, bem espalhada e brilhante, requer pratica e conhecimento sobre os princípios de soldadura que são os seguintes:1. Preparar a placa;2. Aplicar o spray;3. Ajustar os pernos dos componentes, dobrando-os de acordo com a placa de forma a soldarem-se nos locais certos;4. Limpar bem a ponta do ferro com uma esponja bem molhada;5. Estanhar bem a ponta do ferro de soldar;6. Tocar com a ponta do ferro no sítio a soldar;7. Aplicar a solda ao lado oposto do ferro de soldar;8. Adicionar a quantidade certa de estanho, retirando a ponta do fio de estanho;9. Retirar o ferro movimentando-o na direcção da ponta do perno para se obter o contorno desejável da solda;10. Deixar que a solda arrefeça, antes de fazer outra qualquer solda;Uma boa solda requer pratica e conhecimento sobre os princípios de soldagem

Parte – Testes experimentaisApós termos terminado a placa, esta fase do projecto serviu para a testar. Começamos por testar a placa activadora por som utilizando duas pontas de prova, uma fonte de alimentação e um osciloscópio, verificando assim, se ao emitir ruído no microfone a frequência de onda variava significativamente, ao depararmo-nos com esta situação verificamos que a placa activadora por som se encontrava em óptimas condições para prosseguir o nosso projecto.

Posteriormente testamos a placa-mãe, verificando todas as alimentações da mesma, com uma fonte de alimentação. De seguida utilizamos o programa Basic – X, para visualizar se existia conexão da placa com o PC. Ao efectuar o teste, verificamos que não existia conexão devido, ao facto de haver três ligações trocadas, duas entre o micro controlador Basic Bx-24 e a porta COM, e uma entre o circuito integrado LM7805 (do pino 1 da porta COM ao GND do LM7805, do pino 22 do Bx-24 ao pino 2 da porta COM e do pino 24 do Bx-24 ao pino 4 da porta COM), as quais logo de seguida foram corrigidas através de shunts (ligação superficial de dois pontos através de um fio de cobre).

Para finalizar os testes à placa, testamos a activadora da ventoinha através dos impulsos que são enviados através da placa-mãe anteriormente programada.

Esquemas/circuitos electrónicos para robo bombeiro

2008-10-16T15:43:00.001-07:00

Esquemas electrónicos dos circuitos e explicação dos circuitos

Circuitos criados no programa eagle

De seguida apresentaremos a lista de componentes, como também a respectiva explicação da placa-mãe.Lista de materialDíodos:D1, D2, D3 – 1N4148Condensadores:C1, C6, C7 – 220µf; C2, C4, C8 – 0.1µf; C3, C5, C9 – 100µfResistências:R1, R2, R3 – 330ΩCircuito Integrado:IC1, IC3 – LM7805T; IC2 – LM7810Led’s:Led1 – Vermelho; Led2 – Verde; Led3 – LaranjaDiversos:1 Porta DB9 Fêmea; 1 Circuito Bx 24; 1 Botão reset

Explicação do circuito

Este circuito realizado no programa Eagle, é o circuito que alimenta, além do mesmo, a placa activadora por som e a placa activadora da ventoinha.Em 1º lugar temos as alimentações, que neste caso foram divididas por blocos para uma melhor explicação do circuito. Vão suportar 3 alimentações, a 1º (bloco1), vai alimentar exclusivamente o circuito do micro controlador Bx 24, este circuito começa com um conector para ligar a bateria a 9.6Volts, de seguida foi colocado um díodo (D2 – 1N4148), que vai servir para não deixar retornar a corrente vinda da bateria.Após o díodo, existe um condensador (C7 - 220µf/25v), que tal como o LM7805 vai regular a tensão vinda da bateria, depois de regular a mesma, a voltagem da bateria baixará de 9.6 para 5Volts. Como podemos visualizar no bloco1 do circuito, depois do LM7805, existem 2 condensadores (C8 – 0.1µf e C9 - 100µf/16v), que servem para evitar picos de tensão após regulada a mesma. Tendo os 5Volts exactos, foi colocada uma resistência com um consequente led (led3), pois, caso haja alguma falha de tensão, conseguimos verificar rapidamente através da luminosidade do led. Com este circuito (bloco1) obtemos a tensão desejada para um bom funcionamento do micro controlador Bx 24.A 2º alimentação no bloco2, tem o mesmo funcionamento que o bloco1, enquanto que o bloco3 tem um LM7810 que regula a tensão para 9Volts, que serve para alimentar a placa activadora por som. Nos 2ºe 3º blocos foram metidos 8 conectores nos terminais, caso haja eventualidades. Após terminadas as alimentações, passamos a explicar a inclusão do micro controlador Bx 24 no circuito da placa-mãe, micro controlador este que tem ligações directas a uma porta COM, para que possamos estabelecer uma conexão com o PC, inserindo assim a programação do robô. O micro controlador Bx 24 possui 24 pinos. O pino 21 (Vcc) alimenta o micro controlador, enquanto que os pinos 4 e 23 são a massa (GND) da mesma. Os pinos de conexão com a Porta COM, estão explicados no 3º Ponto da execução do projecto, devido a uma falha de 3 ligações no programa Eagle. Os restantes pinos são saídas, as quais servem para ligar os sensores, servos, entre outros. Estas saídas são conectores de 3 pinos, sendo o 1º pino o sinal, o 2º pino o positivo (+) e o 3º pino o negativo (-).

circuito activador por som

Apresentação da lista de componentes e explicação da placa activadora por som.Lista de materialDíodos:D5 – 1N1408Condensadores:C10 – 4.7µf; C11, C14 – 0.001; C12 – 0.1; C13, C15 – 0,01Resistências:R4, R14 – 100kΩ; R5, R7 – 4.7kΩ; R6 – 10kΩ; R8, R13 – 470kΩ; R9 – 150kΩ; R10 – 550Ω; R11 – 1.5mΩ; R12 – 15kΩCircuito Integrado:IC4A, IC4B, IC4C, IC4D – LM324NDiversos:MIC (Microfone); J2 (Conector)

Explicação do circuito

A explicação deste circuito, vai ser dividido em 3 blocos, para ser de mais fácil compreensão.O bloco 1, funciona como amplificador na placa activadora por som. É neste bloco que se encontra o microfone, o qual, recebe o sinal vindo do exterior. Sinal este que será posteriormente amplificado, com um ganho de 100 vezes, pela razão da resistência (R7). Após a amplificação as resistências (R7/R8) têm como função manter o sinal.No bloco 2, estamos perante um filtro passa banda, o qual, serve para filtrar o sinal da placa activadora por som. A frequência do filtro é ajustada e/ou regulada por 3 componentes, 2 condensadores (C11, C14) e uma resistência regulável (R11). Depois de regulada a frequência, temos uma resistência (R10) que tem como função manter fixa a frequência do filtro passa banda.O bloco 3, tem como função detectar o pico de frequência máxima e/ou o ganho que é aproximadamente 30 vezes. O díodo (D5) é uma ponte rectificadora, que carrega o condensador (C12), para podermos medir o sinal do bloco 2. Paralelamente ao condensador (C12), temos uma resistência (R4), para determinar as perdas de sinal. Ainda nesta fase temos um conector (J2), que serve para ligar esta placa (placa activadora por som) à placa-mãe.

circuito activador por som Tal como efectuamos para a placa-mãe e para a placa activadora por som, apresentaremos em seguida a lista de componentes, como também a explicação da placa activadora da ventoinha.

Lista de materialResistências:R15 – 430ΩTransístores:T1 – BD127Diversos:1 Conector

Explicação do circuito

Esta montagem é uma montagem de um emissor comum visto que o sinal entra na base e sai no colector é colocada uma resistência (R15) que vai oferecer uma quebra de tensão que vai para o transístor.Após a elaboração da matriz, passamos à fase seguinte do programa Eagle, colocação lógica dos componentes, como também aperfeiçoamento das pistas para que a eficácia da placa seja a máxima,neste caso 100%. Devido ao facto da placa não ter atingido a eficácia máxima apenas com uma face, tivemos de optar por fazer a placa em dupla face, pois, caso contrário, esta teria pistas sobrepostas fazendo com que não funciona-se nas melhores condições.

Conclusão

2008-10-16T15:25:00.001-07:00

Dada por terminada a nossa Prova de Aptidão Profissional, que consistiu na construção de um robô bombeiro ao qual designamos por “Blows Flames”, temos a noção que aplicamos e aprofundamos os conhecimentos adquiridos ao longo do curso, na área da robótica. Através das diferentes pesquisas efectuadas, as quais nos fizeram perceber que a robótica é actualmente uma realidade ao alcance de qualquer pessoa. Podemos considerar que foi com a execução da parte prática deste projecto que alcançamos um maior conhecimento.No decorrer do projecto, deparamo-nos com algumas dificuldades visto existirem poucos conhecimentos ao nível da programação, mas com o empenho e trabalho do grupo conseguimos supera-las e atingir os nossos objectivos.Por fim, temos a certeza que com a evolução deste tipo de projectos, num futuro próximo este protótipo poderá tornar-se de extrema importância para a humanidade.

“Um pequeno gesto para o Homem, um grande passo para a Humanidade!”