Desenvolvimento de um Sistema de Automação e Supervisão de Máquinas Dispensadoras Através da Internet

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E COMPUTAÇÃO

Desenvolvimento de um Sistema de Automação e

Supervisão de Máquinas Dispensadoras Através da

Internet

José Aniceto Duarte Costa

Natal

–

RN

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José Aniceto Duarte Costa

Desenvolvimento de um Sistema de Automação e

Supervisão de Máquinas Dispensadoras Através da

Internet

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (Área de concentração: Controle e Automação) como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Ciências de Engenharia Elétrica e Computação.

Orientador: Prof. Dr. Pablo Javier Alsina

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Seção de Informação e Referência

Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN/Biblioteca Central Zila Mamede

Costa, José Aniceto Duarte.

Desenvolvimento de um Sistema de Automação e Supervisão de Máquinas Dispensadoras Através da Internet /José Aniceto Duarte Costa

- Natal [RN], 2012. 64 f. ; il.

Orientador: Prof. Dr. Pablo Javier Alsina

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

1. Programa de Computador – Dissertação. 2. Máquinas Dispensadoras – Dissertação.

3. Módulo de Aquisição de Dados – Dissertação. 4. Doenças Sexualmente Transmissíveis – Dissertação. I. Alsina, Pablo Javier. II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III. Título.

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Desenvolvimento de um Sistema de Automação e

Supervisão de Máquinas Dispensadoras Através da

Internet

José Aniceto Duarte Costa

Dissertação de Mestrado aprovada em 13 de Abril de 2012 pela banca examinadora composta pelos seguintes membros:

__________________________________________________________________________ Professor Dr. Pablo Javier Alsina (Orientador) ...DCA/UFRN

__________________________________________________________________________ Professor Dr. Andres Ortiz Salazar ...DCA/UFRN

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Dedico este trabalho aos meus queridos pais,

Jaime da Costa Pereira

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Agradecimentos

A DEUS, por iluminar o meu caminho e me dar forças no meu dia a dia e em minha vida acadêmica.

À minha querida esposa, Gilma de Pádua Vasconcelos Costa e filhos, Gilanni Duarte Costa Pádua e Glenni Duarte Costa Pádua por estarem sempre presentes e contribuírem para sucesso deste trabalho.

Aos irmãos Edson Pereira, Elza Simões, Ediana Duarte, Socorro Rodrigues, Jaime Pereira Filho, Ana Sônia, Telma Maria, Lola Costa e Gutenberg Pereira. Também a nossa inesquecível Julhinha, pelos inúmeros incentivos e companheirismo e pelas contribuições em todos os momentos, e aos demais familiares, que com seu carinho e apoio, colaboraram com minha formação pessoal e acadêmica.

Ao meu professor e orientador, Prof. Dr. Pablo Javier Alsina, pelo auxílio dedicado ao sucesso deste trabalho.

Ao professor e colega de mestrado, Magnífico Reitor do IFPB João Batista de Oliveira Silva.

Ao professor Dr. José Bezerra de Menezes Filho, pelo empenho na representação da CAPES no Projeto MINTER.

Aos professores Dr. Andres Ortiz Salazar e Dr. Gláucio Bezerra Brandão pelas aulas e orientações no exame de qualificação.

A Dra. Ellen Zita Ayer e Dra. Elisabethe dos Santos do Ministério da Saúde Departamento de DST, AIDS e Hepatites Virais.

Aos professores Dra. Nelma Mirian C. de A. Meira e Dr. Aleksandro Guedes de Lima pelo apoio e dedicação na Coordenação de Pesquisa e Pós-Graduação IFPB.

Aos amigos e colegas do IFPB, Francisco Fechine e Carlos Roberto Silva pela ajuda no desenvolvimento dos programas computacionais.

Aos amigos e colegas, Antonio Dália, Emanuel Guerra, Fábio Lima, Fernando Gurjão, Fernando Hilton, Guilherme Regis, Ivo Oliveira, Jailton Moreira, Jaime Ferreira, Jobson Silva, José Nedício, Leonardo Telino, Márcio Ugulino, Marcos Meira, Rafaelle Correia, Umberto Nilton, João Batista de Oliveira, Marcílio Paiva Onofre Filho e Francisco Roberto de Castro Sousa.

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Resumo

Este trabalho tem como proposta o projeto e desenvolvimento de um sistema de controle e monitoramento de máquinas dispensadoras, tendo como base uma Unidade Central de Processamento com periférico de comunicação através da internet. Acoplado às máquinas dispensadoras de preservativos masculinos, um módulo de aquisição de dados será conectado aos circuitos originais com o objetivo de coletar e enviar, de forma on-line, as informações para os órgãos governamentais da saúde, em forma de gráficos e relatórios. Diante disso, tais órgãos poderão analisar estes dados e compará-los com os índices de redução, em médio ou longo prazo, das DST/AIDS nas respectivas regiões, após a implantação dessas máquinas dispensadoras, juntamente com os programas convencionais de prevenção. No que tange à metodologia, cuida-se de um artigo de pesquisa com vertente metodológica quali-quantitativa, apresentando método de abordagem dedutivo e técnica de pesquisa de documentação indireta. No que concerne aos resultados dos testes e simulações, pudemos concluir que implantação deste sistema terá o mesmo sucesso em qualquer outro tipo de máquina dispensadora.

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Abstract

This paper aims to design and develop a control and monitoring system of vending machines, based on a Central Processing Unit with peripheral Internet communication. Coupled with the condom vending machines, a data acquisition module will be connected to the original circuits in order to collect and send, via internet, the information to the healthy government agencies, in the form of charts and reports. In the face of this, such agencies may analyze these data and compare them with the rates of reduction, in medium or long term, of the STD/AIDS in their respective regions, after the implementation of these vending machines, together with the conventional preventing programs. Reading the methodology, this paper is about an explaining and bibliography research, with the aspect of a qualitative-quantitative methodology, presenting a deductive method of approach and an indirect documentation technique research. About the results of the tests and simulations, we concluded that the implementation of this system will have the same success in any other type of dispenser machine.

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Sumário

CAPÍTULO 1 - Introdução... 01

1.1 - Programas do Ministério da Saúde (MS)... 02

1.2- Justificativa... 05

1.3- Objetivo... 05

1.4- Organização do Trabalho... 06

CAPÍTULO 2 – Arquitetura de Sistemas de Automação e Controle... Controle... 07 2.1 - CPU... 07

2.2 - Programa Computacional... 08

2.3 - Interface de Entrada/Saída ... 09

2.4 - Periféricos... 11

2.5 - Conclusão... 11 CAPÍTULO 3 – Desenvolvimento do Sistema Proposto... 12

3.1 - Descrição do Funcionamento... 12

3.2 - Sistemas de Controle Proposto... 14

3.2.1 - Unidade Central de Processamento (CPU)... 15

3.2.2 - Interfaces Eletrônicas... 15

3.2.2.1 - Interface de Aquisição de Dados DLP232PC... 15

3.2.3 - Dispositivos Periféricos... 16

3.2.3.1 - Teclado... 17

3.2.3.2 - Display LCD e Monitor de Vídeo... 17

3.2.3.3 - Modem USB Wireless... 18

3.2.3.4 - Dispensador... 20

I - Sistema da Armazenamento... 22

II - Sistema de Ejeção das Unidades... 24

III - Sensor Óptico e Sistema de Ejeção Final... 26

3.3 - Diagramas de Tempo... 27

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x

3.4.1 - Estrutura dos Programas... 29

3.5 - Fluxogramas do Funcionamento... 31

CAPÍTULO 4 - Testes e Resultados... 33

4.1 - Protótipo de Testes... 33

4.2 - Testes e Simulações... 34

4.3 - Resultados... 37

CAPÍTULO 5 - Conclusões... 40

5.1 - Contribuições... 40

5.2 - Trabalhos Futuros... 41

REFERÊNCIAS... 42

APÊNDICE 1 - Dispensadores de Embalagens de Preservativos Masculinos... 45

APÊNDICE 2 - Funcionamento dos Programas Computacionais... 54

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Lista de Figuras

ole... 07

o... 13

... 14

... 16

... 20

do... 21

... 22

s... 20

... 24

... 25

l... 26

... 27

ma... 28

... 31

s... 33

... 34

stes... 36

t... 37

... 37

... 38

... 39

... 45

s... 46

Figura 2.1 - Sistema básico de automação e controle... 07

Figura 3.1 - Layout geral do sistema proposto... 13

Figura 3.2 - Diagrama de blocos do sistema proposto... 14

Figura 3.3 - Canais do módulo DLP232PC... 16

Figura 3.4 - Sistema eletromecânico do dispensador... 20

Figura 3.5 - Diagrama de blocos do sistema automatizado... 21

Figura 3.6 - Armazenador de embalagens de preservativos... 22

Figura 3.7 - Circuito do sensor de quantidade mínima de unidades... 23

Figura 3.8 - Sistema eletromecânico de ejeção... 24

Figura 3.9 - Estrutura da base do sistema ejetor... 24

Figura 3.10 - Circuito de potência do motor da esteira... 25

Figura 3.11 - Armazenador acoplado ao sistema de ejeção das unidades... 25

Figura 3.12 - Sistema ejeção final... 26

Figura 3.13 - Buffer de potência do motor 2... 27

Figura 3.14 - Diagramas de tempos do sistema... 28

Figura 3.15 - Fluxograma do funcionamento do sistema... 31

Figura 4.1 - Protótipo de testes... 33

Figura 4.2 - Equipamentos utilizados nos testes... 34

Figura 4.3 - Chave de simulação... 35

Figura 4.4 - Gráfico com os resultados recebidos via Internet... 37

Figura 4.5 - Formulário de dados recebidos via... 37

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Figura 4.7 - Compactação do gráfico no eixo x... 39

Figura A 1.1 - Dispensador de preservativos de Ribeirão Preto... 45

Figura A 1.2 - Máquina dispensadora com moedas... 46

Figura A 1.3 - Grupo de trabalho do IFPB com o primeiro protótipo... 46

Figura A 1.4 - Sistema eletromecânico do primeiro protótipo... 47

Figura A 1.5 - Diagramas de blocos do sistema processador... 49

Figura A 1.6 - Grupo de trabalho do IFPB com o segundo protótipo... 50

Figura A 1.7 - Vista de cima do projeto do segundo protótipo... 50

Figura A 1.8 - Sistema de ejeção do segundo protótipo... 51

Figura A 2.1 - Instalação do programa computacional do sistema... 54

Figura A 2.2 - Busca de conexão... 54

Figura A 2.3 - Mensagem de conexão desabilitada... 55

Figura A 2.4 - Mensagens geradas durante a inicialização do processo... 55

Figura A 2.5 - Mensagem de senha incorreta... 55

Figuras A 2.6 - Finalizando o processo... 56

Figura A 2.7 - Setup de instalação do programa de monitoramento... 56

Figura AN 1.1 - Dimensões de placas mãe... 58

Figura AN 2.1 - Módulo de aquisição de dados USB DLP232PC... 59

Figura AN 2.2 - Diagrama esquemático dos pinos/canais do módulo DLP232PC... 59

Figura AN 3.1 - Conector da interface paralela DB25... 63

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xiii

Lista de Tabelas

Tabela 1 - Características do modem “Adaptador USB Wireless N150 Mbps”... 19

Tabela 2 - Parâmetros Técnicosdo dispensador... 20

Tabela 3 - Testes e Simulações... 36

Tabela 4 - Funções da placa eletrônica do primeiro protótipo... 47

Tabela 5 - Tabela de programação do módulo DLP232PC... 61

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Lista de Abreviaturas e Siglas

CAD – Conversor Analógico/Digital.

CEFET – Centros Federais de Educação e Tecnologia. CLP – Controladores Lógicos Programáveis.

COM – Porta de comunicação serial. CPU – Unidade Central de Processamento.

DB-25 – Família dos conectores em formato “D” com 25 pinos. DIP –Dual Inline Package.

DLP –Design Prototype Development.

DST/AIDS – Doenças Sexualmente Transmitidas/Acquired immune deficiency syndrome. WI-FI – Dispositivos de rede local sem fios.

HIV – Human immunodeficiency virus.

IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineer.

IFET – Institutos Federais de Educação, Ciência e Tecnologia. I/O – Input/Output.

IP – Internet Protocol.

ITX – Advanced Technology Extended. LCD – Liquid Crystal Display.

MEC – Ministério da Educação. MS – Ministério da Saúde

OPAS - Organização Pan-Americana da Saúde. PCB – Print Circuit Board.

PCI – Peripheral Component Interconnect. RAM – Random Access Memory.

SATA – Barramento Serial ATA. SD Card – Secure Digital Card

UNESCO– Organização das Nações Unidas para a educação, a ciência e a cultura

UNICEF – Fundo das Nações Unidas para a Infância. USB – Barramento Serial Universal.

UTFPR – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. WLAN – Wireless Local Area Network.

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Cap. 1 1

Capítulo 1

Introdução

Historicamente, a mais antiga informação que temos de uma máquina de venda automática é do Heron de Alexandria, um matemático e engenheiro do século II AC, que desenvolveu uma máquina dispensadora de “água benta” quando uma moeda era colocada. O peso da moeda fazia uma alavanca inclinar a panela que continha o produto e esta dispensava algumas gotas (RUSSO; LEVY-2004) (LEE, 2005).

As máquinas dispensadoras automáticas tiveram maior ênfase durante a Era Industrial. Em Londres, por volta de 1880, o destaque destas máquinas foi na venda de cartões postais. Nos EUA primeira máquina de venda foi construída nos anos 1880 pela Companhia Thomas A. Gum, vendendo chicletes em plataformas de trem, na cidade de Nova York. Na

década de 1970, surgiram as máquinas de jogos eletrônicos, conhecidas como fliperama e caça-níqueis.

Abaixo temos a cronologia dos fatos históricos para algumas máquinas de venda automática (SALYERS - 2010) (MAZZOLA – 2011).

 1902 – A Companhia Horn & Hardart BanKing abriu um restaurante completamente

automatizado que permaneceu até meados de 1962.

 1907 – Doces, Gumballs, e máquinas de chicletes aparecem no mercado.

 Década de 1920 – As primeiras máquinas de venda automática de refrigerantes em copos

são inventadas.

 1926 – Willian Rowe, inventor americano, desenvolve a máquina de venda automática de

cigarros.

 1930 – São inventadas as máquinas engarrafadoras de refrigerantes e em seguida a

primeira vending machine da Coca-Cola, construída pela empresa Vendolator, em 1937.

 1946 – Invenção das dispensadoras de café, sendo popularizado seu uso para os coffee

breaks.

 1960 – As primeiras máquinas de venda de café chegam ao mercado.

 1961 – Máquinas de refrigerante em lata são lançadas.

 1972 – A Polyvend apresenta o primeiro “Machine Snack” (Frutas, Refeições, Café).

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Cap. 1 2

 1987 – As primeiras máquinas de venda de alimentos congelados.

 1991 – Máquinas de venda automática de cafés aromatizados, café expresso.

Atualmente, com o desenvolvimento da inteligência artificial (CAMPOS, SAITO, 2004), temos os mais diversos tipos de produtos adquiridos através destas máquinas de venda automática ou dispensadoras, cada vez mais sofisticadas devido ao avanço da tecnologia eletrônica dos microcontroladores (SOUZA – 2009).

Máquinas dispensadoras têm a função de fornecer produtos a partir da introdução de moedas, cédulas, cartão magnético, fichas específicas ou senhas pré-cadastradas. As máquinas industrialmente desenvolvidas para fornecer embalagens de preservativos masculinos, em sua maioria, funcionam com a colocação de moedas. Podemos encontrar fabricantes de vários países, tais como: Estados Unidos, Colômbia, Alemanha, Espanha, Japão, entre outros (SALYERS, 2010).

1.1 –

Programas do Ministério da Saúde (MS)

No Brasil, cada vez mais, as escolas promovem ações educativas em saúde, principalmente no que se refere às DST/AIDS (Doenças Sexualmente Transmitidas/Acquired Immune Deficiency Syndrome). No entanto, as ações desenvolvidas historicamente têm se

centrado em um olhar biomédico, ou seja, pensar saúde com um enfoque na doença ou na sua prevenção. Essa forma de pensar a saúde tem sido insuficiente para fazer da escola um espaço que produz saúde.

O desenvolvimento de uma consciência crítica que favoreça a adoção de atitudes e práticas que evitem a infecção pelo HIV (Human Immunodeficiency Vírus), vírus da imunodeficiência humana constitui, de acordo com a UNESCO (Organização das Nações

Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura), o objetivo central na sua prevenção. Assim, a educação preventiva para o HIV/AIDS está associada à necessidade de educarmos os indivíduos para o conhecimento acerca dos riscos de infecção. Entretanto, é fato que somente o conhecimento não é suficiente para mudar o comportamento, de maneira que o indivíduo seja capaz de adotar práticas seguras que evitem a infecção.

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Cap. 1 3

Quanto à saúde sexual e reprodutiva, além da comunicação usualmente ser precária, as próprias atitudes dos adolescentes, por vezes, expressam alguma timidez como, por exemplo, na ocasião da aquisição do preservativo. O fato das escolas não distribuírem camisinhas e a relativa insuficiência da distribuição destas pelos postos de saúde dificultam ainda mais o acesso daqueles com menor disponibilidade financeira. Sem acesso ao preservativo, sem promover espaços educativos, sem acolhimento e compartilhamento de soluções para introduzir o preservativo em cenários onde é difícil perceber-se o risco, ou ter condições materiais para a prática de sexo mais seguro, não haverá criatividade coletiva ou individual que venha a dar conta de situações de maior vulnerabilidade ao HIV e à AIDS.

A Pesquisa Saúde e Educação: cenários para a cultura de prevenção nas escolas, realizada em 2005 (UNESCO/MS/MEC/UNICEF), em 33 localidades de 14 estados, com adolescentes de 13 a 24 anos, professores, diretores de escolas, pais, responsáveis pela disponibilização de insumos de prevenção e gestores municipais e estaduais de saúde e educação aponta que grande parte dos atores pesquisados é favorável à ação de disponibilização de preservativos nas escolas. Dentre os estudantes pesquisados, 89,5% consideram a disponibilização do preservativo na escola “uma idéia legal”. Entre os pais, esse percentual é de 63% (UNESCO, 2006).

Atualmente a distribuição de preservativos no Brasil é feita com um simples ato de entregá-los a determinada comunidade cadastrada. No entanto, existe uma tese de que muitos adolescentes deixam de adquiri-los em público por falta de certa privacidade.

Recentemente, pudemos ver em diversos veículos de comunicação que o Ministério da Saúde estudou a importância da implantação de máquinas dispensadoras de preservativos nas instituições de ensino, onde os estudantes teriam acesso aos preservativos com maior facilidade. Um programa de distribuição gratuita de embalagens de preservativos masculinos foi estudado e desenvolvido em 2006, pelo Ministério da Saúde, com objetivo de permitir o anonimato na aquisição do produto, reduzindo a incidência das doenças sexualmente transmissíveis DST/AIDS (EDITAL nº 01/2006). Neste programa, máquinas dispensadoras de embalagens de preservativos masculinos seriam distribuídas, inicialmente, nas escolas de nível médio e numa segunda etapa, nas universidades.

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Cap. 1 4

Nota: Lei 11892/08 | Lei nº 11.892, de 29 de dezembro de 2008 Institui a Rede Federal de Educação Profissional, Científica e Tecnológica, cria os Institutos Federais de Educação, Ciência e Tecnologia.

Vale salientar que os principais pré-requisitos que o Ministério da Saúde buscava em tais máquinas eram: baixo custo, facilidade na instalação e manuseio.

Diante desse contexto supramencionado, surgiu a idéia de se criar um programa de desenvolvimento do protótipo de uma máquina dispensadora de preservativos masculinos nos Centros Federais de Educação e Tecnologia (CEFET), atuais Institutos Federais de Educação, Ciência e Tecnologia (IFET), financiados pela Organização Mundial da Saúde/Organização Pan-Americana da Saúde/Ministério da Saúde (OMS/OPAS/MS). Este programa teria como escopo a criação e a divulgação de um produto genuinamente nacional. Para desenvolver o programa, o Ministério da Saúde lançou um edital com o objetivo de fomentar atividades educacionais voltadas para a ampliação do acesso do/a aluno/a ao preservativo nas escolas. Diante disso, em 2007, diversas instituições CEFET de todo o Brasil participaram do projeto mencionado na tentativa de desenvolver um protótipo que mais se aproximasse e adequasse aos pré-requisitos. O Edital foi planejado e desenvolvido por engenheiros da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR).

Houve premiações para as três primeiras instituições colocadas e a avaliação foi realizada pela mesma equipe de engenheiros. Uma equipe de alunos do CEFETPB, sob orientação do professor de Automação Industrial, Alberdan Santiago ficou em segundo lugar no concurso e o Ministério da Saúde propôs à instituição a fabricação de 200 máquinas, numa segunda etapa, para serem instaladas não só em escolas, mas até em empresas e presídios. No Apêndice 1, apresenta-se a metodologia da máquina desenvolvida na primeira etapa e uma matéria da Assessoria de imprensa do Instituto Federal de Educação da Paraíba.

Nesta primeira etapa foram classificados os protótipos do CEFETSC, CEFETPB e do CEFETRJ, por ordem de classificação.

Convém ainda dizer que em uma segunda etapa do programa, os mesmos órgãos financiaram o desenvolvimento de um protótipo final que fosse “Cabeça de série” para uma produção em larga escala. Apenas duas instituições se dispuseram ao desenvolvimento, o CEFETSC e o CEFETPB.

No início dessa segunda etapa, ocorrida no período de agosto de 2008 a agosto de 2010, substituí o professor que coordenou a primeira etapa do programa. Juntamente com uma nova equipe de quatro alunos do Curso de Automação Industrial do Instituto Federais de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba, um novo projeto foi desenvolvido.

(19)

Cap. 1 5

Apêndice1 encontra-se a metodologia deste novo modelo de protótipo, desenvolvido pela equipe do IFPB na segunda, assim como, uma matéria publicada sobre esses trabalhos.

Baseadas no Edital, as máquinas desenvolvidas pelos Institutos Federais para o Ministério da Saúde tinham o mesmo princípio de funcionamento quanto à extração das embalagens. Feita através da digitação de senhas pré-cadastradas pelos usuários. Um determinado número limitado de unidades poderia ser solicitado por um único usuário durante um determinado período de tempo a ser definido pelos idealizadores desse programa.

1.2 –

Justificativa

As máquinas dispensadoras de embalagens de preservativos masculinos, existentes no mercado não dispõem de um sistema de comunicação de dados para coletar suas informações quanto ao número de unidades solicitadas de modo que precisam ser abertas durante o reabastecimento para uma contagem manual, feita pelo responsável do equipamento, na instituição. Para o Ministério da Saúde avaliar a eficiência do programa acima citado se faz necessário que as informações da implantação em uma determinada região do país, juntamente com as campanhas convencionais de prevenção, durante certo período, sejam comparadas com o número de doenças sexualmente transmissíveis (DST) para que possa extrair e verificar se houve efetivamente uma redução destas. Quanto mais rápido dispor destas informações melhor será a avaliação das estatísticas e, consequentemente, o resultado desta nova campanha implantada.

Estando engajado com o programa do Ministério da Saúde durante o período de dois anos, proponho desenvolver um trabalho visando aperfeiçoar os procedimentos característicos das máquinas dispensadoras.

1.3 –

Objetivo

(20)

Cap. 1 6

Nesta dissertação enfatizou-se às máquinas dispensadoras de embalagens de preservativos masculinos, onde os testes foram realizados em um modelo desenvolvido exclusivamente para este trabalho.

1.4 - Organização do Trabalho

A organização deste trabalho é apresentada da seguinte forma:

O Capítulo 2 apresenta a arquitetura dos sistemas de automação e controle, de uma forma geral.

No Capítulo 3 apresenta o desenvolvimento do sistema de controle proposto, diagrama de blocos e o programa computacional.

O Capítulo 4, os resultados dos testes e simulações.

O Capítulo 5 apresenta as conclusões dos resultados, as possíveis aplicações em outros sistemas e trabalhos futuros derivados desta proposta.

O Apêndice 1 apresenta alguns modelos de máquinas utilizadas como dispensadoras de embalagens de preservativos masculinos encontradas no Brasil, os protótipos desenvolvido pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba e algumas das publicações a respeito do Programa do Ministério da Saúde.

O Apêndice 2 apresenta a Visualização dos Programas Computacionais.

(21)

Cap.2 7

Capítulo 2

Arquitetura de Sistemas de Automação e Controle

Inicialmente será apresentado o diagrama de um sistema básico de automação e controle de um periférico com a descrição de cada bloco como mostra a Figura 2.1 (BAZANELLA, 2005).

Figura 2.1- Sistema de básico de automação e controle.

Um sistema de automação e controle baseia-se na implementação de uma CPU, comandada por um programa computacional, que faz a aquisição de informações de um periférico, através de uma interface. Após o processamento outras informações são enviadas ao periférico, através da mesma interface, objetivando o controle de determinadas variáveis.

Encontramos aplicações na engenharia elétrica, mecânica, aeronáutica, química, e outras.

2.1 - CPU

A função da CPU, juntamente com o teclado, display e memória é de receber as informações dos sensores do periférico controlado, processá-las de acordo com o programa computacional (software) e enviá-las para os atuadores do referido periférico. Estas informações referentes ao funcionamento do processo de um sistema de controle poderão ser armazenadas na memória de dados para serem enviadas, via internet, quando solicitadas.

(22)

Cap.2 8

Os Controladores Lógicos Programáveis são computadores especializados que desempenham suas funções de acordo com os programas computacionais desenvolvidos para serem utilizados, principalmente, nas indústrias e têm um custo relativamente elevado.

Já os microcontroladores são dispositivos que incorporam as funcionalidades do hardware de um computador dentro de um único chip, contendo a unidade central de processamento, memória RAM (Random Access Memory), interfaces, conversores Analógico/Digitais, periféricos de entrada e de saída. Tais microcontroladores podem ser programados para funções específicas, por exemplo, quando se projetam dispositivos onde um computador tradicional se tornaria um controlador superdimensionado.

Como exemplo, temos o trabalho apresentado no Apêndice1, onde se tem um projeto que utiliza uma placa desenvolvida baseada no microcontrolador Atmel AT89S8252 e interfaces para teclado, display LCD (Liquid Crystal Display) e dispositivos de potência, tais como: motores, solenóides (ALVES, 2005).

Com o desenvolvimento tecnológico surgiram pequenas placas mãe (motherboard) para PC´s (Computadores Pessoais). A sua utilização em projetos de implementação rápida de sistemas de controle artesanais ou industriais se torna mais eficiente devido à rapidez do desenvolvimento. Essas têm menores dimensões e incorporam processadores convencionais, memórias RAM com alta capacidade de armazenamento, slot PCI e conectores SATA, além de interfaces de: teclado, vídeo, mouse, USB (Barramento Serial Universal).

No Anexo 1 apresentamos os tipos e as dimensões das placas mãe modelos mini-ITX, nano-ITX e pico-ITX em relação a um modelo de tamanho convencional, com as respectivas características

Para um caso geral, uma Unidade Central de Processamento (CPU), controlada por um programa computacional (software), através de uma interface de entrada e saída de dados comanda um determinado sistema periférico.

2.2 - Programa Computacional

(23)

Cap.2 9

Quando estes sinais são gerados por uma CPU é preciso projetar interfaces específicas, com o respectivo programa computacional (software driver), para controlar determinado periférico.

2.3 - Interface de Entrada/Saída

Conhecida como interface de aquisição de dados, este conjunto de circuitos lógicos é composto de uma interface de entrada que recebe os sinais elétricos e os envia de forma digital para a CPU e de uma interface de saída que recebe os sinais digitais processados pela CPU e os envia aos atuadores, nos periféricos.

A interface de entrada converte os sinais gerados pelos dispositivos do periférico (sensores). Dispositivos eletromecânicos como interruptores fim de curso, fotocélulas, acopladores ópticos e transdutores geram informações através de sinais elétricos analógicos ou digitais que serão lidos pelas interfaces de aquisição e analisados pela CPU (Processadores ou microcontrolador) (BOYLESATAD; NASHELSKY, 2009).

A interface de saída recebe as informações processadas pela CPU e converte em sinais compatíveis com os atuadores do sistema periférico. Os dispositivos eletromecânicos atuadores são compostos de partes elétricas e mecânicas que tem o objetivo de gerar um deslocamento linear ou de rotação, tais como, motores, solenóides e relés.

As interfaces eletrônicas são os circuitos projetados com a função de fazer a comunicação entre a CPU e os dispositivos periféricos de um sistema. A transmissão das informações pode ser de forma paralela ou serial (FRANÇA, 1997).

Já a interface paralela dos PC’s tem a função de fazer a comunicação de alguns periféricos, tais como, impressoras, scanners e outros, através de três portas de comunicação, sendo uma porta de entrada (endereço 889d) e duas portas de saída (endereços 888d e 890d),

localizadas no conector DB-25 (padrão Centronics), como são mostradas na Figura A2.4 do Anexo 1.

Esta interface tem as seguintes características:

- Interface onboard ou placa conectada ao barramento PCI (Peripheral Component Interconnect).

- Porta de endereço 888 d, com oito bits disponíveis, podendo ser programados para o modo

(24)

Cap.2 10

- Porta de endereço 889d, de entrada de dados, com cinco bits disponíveis. Os pinos

correspondentes são: 10, 11, 12, 13 e 15.

- Portas de endereço 890d, saída de dados, com quatro bits disponíveis. Os pinos

correspondentes são: 1, 14, 16 e 17.

- No projeto serão necessários apenas dois bits de entrada e dois bits de saída, para a comunicação entre a placa processadora e os dispositivos eletromecânicos.

- Facilidade no desenvolvimento do programa computacional.

Este tipo de comunicação paralela está sendo cada vez menos utilizada nos periféricos dos computadores, devido ao desenvolvimento da tecnologia USB (Barramento Serial Universal). Atualmente as placas mãe não são mais fabricadas com esta interface onboard. No caso de se ter um periférico antigo, com o cabo de comunicação paralelo, esse só

poderia ser conectado a uma placa mãe moderna adquirindo uma placa especial para ser adaptada ao barramento PCI como mostra a Figura AN 3.2, no Anexo 1.

O mesmo acontece com as portas seriais COM1, COM2. Além de estarem em extinção nos meios de comunicação entre CPU e periféricos, os projetos são bem mais sofisticados em relação à LPT, devido à elaboração dos protocolos de comunicação nos programas computacionais.

Com o surgimento da tecnologia USB, tornou-se mais rápida, simples e fácil a conexão dos dispositivos periféricos ao computador (SIQUEIRA, LACERDA, 2003). Devido a sua eficiência, esse barramento está sendo cada vez mais sendo padronizado pelos fabricantes de aparelho, tais como: Hard Disks externos, mouses, teclados, pen drives, impressoras, scanners, câmeras digitais, e outros (TORRES, 1998).

Quando esta interface faz aquisição de sinais analógicos, ela é definida como um Conversor Analógico/Digital (CAD), onde os sinais analógicos de entrada estão limitados a tensões entre zero e cinco volts que serão convertidos em dados digitais correspondentes de códigos binários. Se o conversor é de um byte (8bits), então teremos a tensão de entrada convertida em 256 informações, onde poderemos calcular a resolução deste Conversor Analógico/Digital, dividindo range de tensão pelo número de informações digitais.

As interfaces de entrada recebem as informações do dispositivo, de forma analógica ou digital e os converte para o padrão do hardware controlador que é de 5 volts de amplitude. Esta informação de entrada pode ser de 1 bit, 8 bites (1 Byte), 16 ou mais.

(25)

Cap.2 11

Têm-se sempre sinais de baixa potência na entrada ou saída de uma CPU, já nos periféricos a potência é consideravelmente maior. As interfaces contêm circuitos eletrônicos que compatibilizam os sinais de correntes ou tensões entre a CPU e os periféricos.

Quando se trata de cargas que são alimentadas por altas tensões (110AC, 220AC ou maiores), acopladores ópticos, relés ou transformadores fazem a função de isolamento dos hardwares de baixa tensão.

Vale dizer que antes das tecnologias eletrônicas este era o papel de um ser humano treinado, ou programado para observar os instrumentos de medição, analisá-los e executar os devidos ajustes necessários.

2.4 –

Periféricos

Os periféricos são equipamentos ou placas que enviam, recebem ou enviam e recebem informações de um computador. Os mais conhecidos, nos computadores pessoais são as impressoras, scanners, monitores de vídeo, mouses, modem, multimídia, e outros. Nas indústrias, temos como periféricos as máquinas elétricas, controle de vazão, pressão, temperatura, painéis de comando numérico e outros sistemas.

2.5 –

Conclusão

Nesse Capítulo foi apresentada a descrição de um tradicional sistema de automação e controle. Baseado nessa mesma arquitetura foi desenvolvido o sistema proposto desse trabalho, onde o periférico automatizado é um modelo de uma máquina dispensadora. Como interface de aquisição de dados, utilizamos um moderno módulo USB, de fácil programação. .

(26)

Cap.3 12

Capítulo 3

Desenvolvimento do Sistema Proposto

As máquinas dispensadoras de embalagens dos mais diversos tipos de produtos não possuem um sistema de automação e controle wireless, que envie relatórios com as principais informações, tais como: necessidade de reabastecimento, demanda e outras que sejam necessárias. Além do envio, as máquinas também não possuem um sistema que receba informações on line.

Para os dispensadores que são ativados através de senhas, existe um banco de dados na memória da máquina que armazena estas informações. A atualização das senhas se faz retirando-se o SD Card (Secure Digital Card) e regravando.

O sistema proposto tem o objetivo de ser implantado em máquinas dispensadoras cujo monitoramento seja de grande importância, como é o caso das dispensadoras de embalagens de preservativos masculinos, implantadas nas escolas pelo Ministério da Saúde.

Para este trabalho, foi projetada uma estrutura eletromecânica (protótipo) de um dispensador com a função de fornecer estas embalagens, interligado ao sistema de automação e controle proposto.

3.1 –

Descrição do Funcionamento

Na Figura 3.1 apresentamos o layout geral do sistema proposto, composto dos seguintes dispositivos:

- Placa Mãe. - Teclado.

- Monitor ou Display LCD. - Hard Disk.

- Modem.

- Interface de aquisição e controle de dados. - Dispensador (Projetado).

(27)

Cap.3 13

Figura 3.1- Layout geral do sistema proposto.

(28)

Cap.3 14

Durante esse percurso um sensor óptico detecta a passagem da embalagem e envia a informação de que mais uma unidade foi solicitada, atualizando o banco de dados referente à totalização do número de embalagens ejetadas. A informação da quantidade de embalagens solicitadas/data é enviada para um endereço IP, on-line.

Um segundo programa computacional é instalado em computadores que desejarem receber os relatórios enviados, via Internet, pelas máquinas dispensadoras, com o sistema proposto implantado. Este software tem a função de mostrar formulários com as tabelas e gráficos referentes às informações de quantidade/data e identificação da máquina automatizada. Não existe limite da quantidade de máquinas monitoradas.

3.2 - Sistemas de Controle Proposto

Baseado na explanação do Capítulo 2, sobre arquitetura dos sistemas de automação e controle apresentamos na Figura 3.2 a arquitetura do sistema proposto em diagrama de blocos. Em seguida será apresentada a metodologia do desenvolvimento de cada um dos blocos (COSTA, 2011).

(29)

Cap.3 15

3.2.1 Unidade Central de Processamento (CPU)

No desenvolvimento deste trabalho, foi utilizada uma placa mãe de PC (Computador Pessoal), por conter interface de vídeo, decodificador de teclado, memórias RAM e barramento USB para os periféricos que foram utilizados, tais como: modem, disco rígido e placa de aquisição de dados. Nos protótipos do Programa do Ministério da Saúde utilizou-se microcontroladores como Unidade Central de Processamento (Apêndice 1).

3.2.2 Interfaces Eletrônicas

3.2.2.1 - Interface de Aquisição de Dados DLP232PC

Trabalhos desenvolvidos utilizando a interface da porta paralela (bidirecional de 8 bits) dos computadores, como interface de aquisição de dados, funcionam satisfatoriamente até certo limite. Poderia ter sido utilizada neste trabalho se não estivesse em extinção nas placas mãe.

Devido à sua grande versatilidade, modernidade, baixo custo e pequenas dimensões (1.375 x 0.6 polegadas), foi utilizada a interface USB DLP232PC (Design Prototype Development) (FUTURE TECNOLOGY DEVICES INTERNATIONAL, 2007), que funciona como módulo de controle de processos industriais, aquisição de dados e monitoramento. A operacionalidade é realizada a partir do PC, através de uma porta de comunicação do tipo USB. Trata-se de um módulo microcontrolador de 18 pinos, onde 14 funcionam como canais (CH) que podem ser configurados independentemente como entrada/saída digital. Dos 14 canais, oito podem, também, ser configurados para entrada analógica (conversor analógico/digital) com tensões de entrada limitadas à faixa de zero a cinco volts.

As especificações, programação e modo de operação deste módulo encontram-se no Anexo 1.

(30)

Cap.3 16

Figura 3.3 – Canais do módulo DLP232PC.

No item 2.3, do Anexo 1, referente à programação desses módulos, apresentamos os comandos de programação desta interface em função das aplicações deste trabalho.

Esta interface é conectada ao barramento USB, onde se retira a tensão de alimentação para seus circuitos. Na Figura AN 2.1 do Anexo 1 mostra-se a imagem deste módulo.

Com os 14 canais disponíveis, apenas 03 serão utilizados, sendo 02 como entradas para leitura de sensores e 01 como saída para os atuadores. Teríamos ainda, portanto, a disponibilidade de 11 canais para serem utilizados em sensores, atuadores, conversores Analógico/Digital e sensor de temperatura.

Os canais programados como saída não podem fornecer correntes superiores a 10 mA. Os circuitos eletrônicos de potência (buffer) foram projetados para drenar correntes menores que 1 mA, como mostra o circuito da Figura 3.10.

3.2.3 –

Dispositivos Periféricos

(31)

Cap.3 17

O sistema proposto terá como periféricos de entrada o teclado e como periférico de saída o display de LCD (ou monitor de vídeo). O dispensador de preservativos e a rede internet (roteador/modem) são periféricos de entrada/saída.

No dispensador, temos os sensores que enviam os sinais para a CPU e os motores atuadores que recebem os comandos, tornando este dispositivo um periférico de entrada/saída, como descrito no item 3.2.3.4 deste Capítulo.

3.2.3.1 –

Teclado

Utilizou-se como periférico de entrada um teclado alfanumérico simples onde o usuário digita o número, com quatro dígitos, da senha pré-cadastrada para ter acesso ao produto do dispensador e digita “#” que tem a função do “enter” nos teclados tradicionais. A tecla “*” tem a função de corrigir algum erro de digitação.

Eletricamente, no teclado, temos 12 interruptores que fazem parte de uma matriz de contatos entre 03 colunas e 04 linhas. A informação da tecla digitada pode ser decodificada pelo programa computacional, desde que seja detectada a linha e a coluna que foram ligadas. Quando o projeto utiliza um microcontrolador como CPU a aquisição dos dados do teclado pode ser feita através da interface DLP232PC, utilizando sete canais (CH) programados como entradas digitais (três colunas x quatro linhas).

Caso a CPU seja uma placa mãe de um PC, esta já dispõe de interface para o teclado alfanumérico PS2 ou USB.

3.2.3.2 –

Display LCD e Monitor de Vídeo.

As máquinas e computadores utilizam os displays para apresentar as informações sobre os dados processados. Nos computadores, por exemplo, o display é o monitor de vídeo. Porém os equipamentos projetados para tarefas específicas utilizam o display de cristal líquido (LCD).

(32)

Cap.3 18

LCD, programa-se a transmissão de dados por nibles, utilizando apenas sete canais ao invés de onze, como ocorre na transmissão do byte completo (BARBACENA; FLEURY, 1996).

A utilização do periférico acima citado teria como interface o módulo DLP232PC caso a CPU fosse implementada com microcontroladores.

A vantagem da utilização de uma placa mãe convencional de um PC é de que o módulo de aquisição de dados ficará inteiramente disponível para o periférico que será automatizado.

3.2.3.3 –

Modem USB Wireless

Um dos principais objetivos deste sistema de controle é tornar a máquina dispensadora um equipamento que possa ser monitorado e controladoon-line. A partir de um determinado PC, poderemos enviar as informações para a máquina dispensadora e receber os dados referentes à quantidade de embalagens solicitadas com a respectiva data, em forma de planilhas e gráficos. As informações enviadas para a máquina corresponderão às senhas numéricas das pessoas cadastradas, nas instituições selecionadas, para terem acesso gratuito às embalagens. As informações enviadas pela máquina, através da internet, e em forma de relatórios poderão ser acessadas por qualquer computador que possua o programa computacional desenvolvido para esta finalidade. Mais detalhes serão discutidos no Item 2.8, referente aos programas computacionais.

Convém dizer que a interface que conecta a placa mãe do dispensador com a internet pode ser através de cabo serial, paralelo ou Wireless. Devido à flexibilidade de deslocamento do equipamento, ao baixo custo e fácil instalação, optamos pelo dispositivo sem fio, do tipo “wireless” ou WI-FI, que são nomenclaturas utilizadas. Produtos pertencentes a esta classe de dispositivos de rede local sem fios WLAN (Wireless Local Area Network) são baseados no padrão IEEE 802.11 (SILVA, 1998).

Os adaptadores “wireless”, com conexão USB ou do tipo adaptado internamente nas placas mãe aos barramentos PCI, são dispositivos eletrônicos de telecomunicação essenciais para o funcionamento de uma rede sem fio. São interfaces responsáveis por captar e enviar os sinais para um roteador, fazendo a conectividade com determinada máquina.

(33)

Cap.3 19

Tabela 1. Características do modem “Adaptador USB Wireless N 150 Mbps”. - Acesso a redes sem fio para notebooks e desktops;

- Compatibilidade com IEEE802.11N (Draft 2.0) e IEEE802.11b/g;

- Velocidade de até 150 Mbps (quando conectado com dispositivos de mesma tecnologia); - Antena interna;

- Potência de transmissão de 15 dBm; - Frequência de 2.4 GHz;

- Conector USB tipo A padrão 2.0;

- Botão WPS (Wireless Provisioning Services) para configuração simplificada de segurança.

Vale ressaltar que outras interfaces de comunicação sem fio também foram pesquisadas, tais como:

1- Bluethooth – Tecnologia desenvolvida pela Ericsson para comunicação entre dispositivos eletrônicos, através de uma frequência de rádio, como celulares, mouse, impressoras, isto para quando a se trata de pequenos alcances (SIEP, 2000).

2- ZigBee – Tecnologia desenvolvida pela ZigBee™ Alliance para a comunicação entre dispositivos eletrônicos, sem fio, com conjunto de especificações estabelecidas pelo novo padrão IEEE 802.15.4. Apresentado ao público em 2005, é comparável às redes Wireless e Bluetooth, trazendo grandes vantagens em nossas vidas (ZHENG; LEE - 2004).

As tecnologias, supramencionadas, possuem características comuns que justificaram a não aplicação no desenvolvimento deste projeto, tais como:

- Velocidade muito baixa, 1Mbps em relação às redes de Ethernet (10 a 150 Mbps). - Pequeno alcance. Distância ideal de 10m e no máximo atinge 100 m.

- Custo elevado em relação ao Modem utilizado.

(34)

Cap.3 20

3.2.3.4- Dispensador

A estrutura desenvolvida para funcionar como protótipo de um dispensador de embalagens de preservativos apresenta-se na Figura 3.4. Nesta estrutura foi implantado o sistema de automação e controle proposto.

Figura 3.4 – Sistema eletromecânico do dispensador.

Já na Tabela 2 podemos observar os parâmetros técnicos definidos para o protótipo.

Tabela 2 - Parâmetros Técnicosdo dispensador.

1 Tamanho da embalagem: (55 mm x 55 mm x 5 mm) a (60 mm x 60 mm x 5 mm); 2 Não deformar a embalagem primária;

3 Dispensar apenas uma unidade por acionamento; 3 Não emaranhar ou travar com mais de uma unidade;

4 Indicar a necessidade de reabastecimento quando contiver menos de 10 unidades; 5 Capacidade para 150 unidades;

6 Tempo de 5 minutos para abastecimento;

7 Projeto com subconjuntos modulares, para facilitar manutenções; 8 Implantação do sistema de automação e controle via Internet;

(35)

Cap.3 21

Na Figura 3.4 pudemos ter uma visão geral de todos os estágios da máquina dispensadora desenvolvida.

O armazenador acomoda as embalagens horizontalmente formando uma coluna vertical. Abaixo do armazenador, encontra-se uma esteira com a função de retirar a unidade que fica em contato ela, ou seja, a primeira de baixo para cima. Tracionada pelo motor 1 (atuador), a esteira se desloca no sentido da direita para esquerda, conforme a seta sobre a embalagem.

No estágio seguinte podemos ver outro motor atuador (motor 2) tracionando uma engrenagem acoplada aos roletes, através de um eixo “sem fim”.

Temos dois roletes, um na parte superior e outro na parte inferior, que ficam localizados no final da esteira. Os dois giram em sentidos opostos (setas), prendendo a embalagem e levando-a até a saída.

Ao passar pelo sensor óptico este envia um bit de informação para a placa de aquisição de dados. É neste instante que ocorre o incremento da quantidade de unidades ejetadas e a inversão da polaridade do motor 1 para que outras unidades não sejam ejetadas.

Apresentaremos, em seguida, de forma mais detalhada, os diversos estágios que compõem este sistema periférico.

A seguir, o diagrama de blocos da Figura 3.5 apresenta o conjunto de sistemas que compõe o dispensador automatizado. De acordo com a arquitetura do sistema proposto temos a máquina dispensadora como dispositivo periférico, dividida em três estágios:

I - Sistema de Armazenamento. II - Sistema de Ejeção de Unidades.

III - Sistema de Ejeção Final e Sensor óptico.

(36)

Cap.3 22

I - Sistema de Armazenamento

Este dispositivo tem a função de estocar os preservativos. Foi dimensionado com capacidade para 150 unidades, conforme a Figura 3.6. O armazenador resume-se a uma coluna metálica retangular construída com chapa de alumínio de 1 mm. A capacidade de armazenamento poderá ser ampliada alterando-se a altura da caixa.

Os preservativos masculinos encontrados no mercado têm dimensões quadradas que variam de 55 mm x 55 mm a 60 mm x 60 mm e uma espessura em torno de 5 mm.

No que se refere à parte traseira do armazenador, podemos afirmar que esta foi projetada de forma que a abertura facilite o rápido abastecimento dos preservativos.

Orifícios, posicionados na altura da décima unidade armazenada, tem a função receber um emissor de luz infravermelho (Infra Red- IR) de um lado, e um sensor de infravermelho (foto transistor) do outro lado, formando um acoplador sensor óptico.

Figura 3.6 – Armazenador de embalagens de preservativos.

(37)

Cap.3 23

placa de aquisição de dados. Sempre que o software detectar esse nível lógico alto no canal da placa, programado como entrada, avisos audiovisuais serão exibidos no painel da máquina, informando a necessidade de um novo reabastecimento para que nunca ocorra a falta do produto no dispensador.

Circuito Eletrônico dos Sensores: Este circuito tem a função de transformar a variação de luminosidade no foto transistor em um sinal digital compatível com os circuitos lógicos. Quando a passagem de luz estiver bloqueada pelas unidades, o foto transistor estará na região de corte (altíssima resistência entre o emissor e o coletor), deixando o transistor PNP BC558 também nesta região sem corrente de emissor para a base.

Figura 3.7 – Circuito do sensor de quantidade mínima de unidades.

Nesse estado o transistor BC517 não terá corrente de base para o emissor e não haverá corrente de coletor, consequentemente não teremos queda de tensão no resistor do coletor (15KΩ), ou seja, também estará na região de corte e a tensão no coletor será de 5 volts, nível lógico alto (1).

No momento em que o volume das unidades, dentro do armazenador, ficar abaixo dos furos transversais (apenas 10 unidades restantes), o feixe de luz atingirá o foto transistor deixando-o na região de saturação (baixíssima resistência entre o coletor e o emissor), fazendo o transistor BC558 também ficar saturado e, consequentemente, saturar o transistor BC517. Com isso teremos um nível de tensão igual a 0 volts (nível lógico baixo).

Estando o coletor do BC517 conectado a um canal da interface de aquisição (DLP232PC), programado para ter a função de entrada digital de dados, teremos:

Nível Lógico 1=> Mais de 10 unidades armazenadas.

(38)

Cap.3 24

II - Sistema de Ejeção de Unidades

Este sistema é composto de uma base de alumínio (mancais), um motor DC com redução, esteira de borracha e correia de acoplamento. Nesse bloco encontra-se o motor atuador (motor 1) que desloca uma esteira na parte inferior do armazenador, ejetando a unidade da parte inferior. Na Figura 3.8 apresenta-se este sistema eletromecânico de ejeção.

Figura 3.8 – Sistema eletromecânico de ejeção.

Quando uma unidade é solicitada, o motor será ativado por pulsos com período de 0,5 segundos (frequência de 1 Hertz), até que a unidade seja presa aos roletes do próximo bloco e detectada pelo acoplador óptico. Quando isso ocorrer, a alimentação do motor 1 será invertida e a esteira forçará o retorno de uma segunda unidade que também poderia ser ejetada se não houvesse tal inversão.

Na Figura 3.9 temos as dimensões da estrutura da base de fixação do motor 1, acoplado através de uma correia dentada à esteira.

(39)

Cap.3 25

No item 4 do Anexo 1, apresenta-se a Tabela 6 com as características do motor atuador do bloco de ejeção das embalagens do produto.

=> Motor DC versus Motor de Passo:

Neste projeto optou-se pelo uso do Motor DC e não pelo Motor de Passo, pelos seguintes motivos:

- Os Motores DC possuem mais torque.

- Não necessitamos de precisão no posicionamento da esteira.

- O acionamento dos Motores DC é mais simples que os Motores de Passo, pelo fato de estes necessitarem um circuito sequencial para ativar suas fases.

O sinal gerado pelo canal da interface de saída do DLP232PC, programado para este atuador (motor 1 da esteira), é aplicado ao circuito de potência apresentado na Figura 3.10.

Figura 3.10 – Circuito de potência do motor da esteira.

Na Figura 3.11 temos uma fotografia do armazenador acoplado ao sistema de ejeção das embalagens.

(40)

Cap.3 26

III - Sistema de Ejeção Final e Sensor Óptico.

Neste bloco encontramos dois roletes de borracha, girando em sentidos opostos, tracionados por um segundo motor atuador (motor 2), com o objetivo de prender e tracionar a embalagem trazida pela esteira, como mostra a Figura 3.12.

Figura 3.12 – Sistema de ejeção final.

A partir do momento em que os roletes prendem a embalagem, o seu deslocamento não dependerá mais da esteira. Logo após os roletes, encontra-se um sensor óptico da categoria difusa, infravermelho, que detectará a presença do preservativo Este é composto de um emissor e um receptor em ângulo de 45º, como se apresenta na Figura 3.4.

Quando a parte superior do sensor é bloqueada pela superfície da embalagem, o feixe infravermelho reflete no foto-transistor e sua resistência, entre o coletor e o emissor diminui e passa a conduzir a corrente de polarização para o transistor seguinte. O programa computacional, por sua vez, enviará informação para que o motor atuador da esteira reverta o sentido de rotação.

Através de uma abertura, no equipamento, a unidade será entregue ao solicitante, como foi mostrado na Figura 3.4, em que temos o esboço completo do sistema eletromecânico deste periférico dispensador.

(41)

Cap.3 27

Não podemos deixar de validar que o circuito eletrônico mostrado na Figura 3.13, faz a interface de potência (Buffer) entre a saída do canal da DLP232PC e o motor 2 (ejetor final).

Figura 3.13 – Buffer de potência do motor 2.

3.3- Diagramas de Tempo

Baseado nos mecanismos do dispositivo da Figura 3.4, será apresentado nos gráficos dos diagramas de tempo os níveis de tensão gerados pelo sensor e atuadores na Figura 3.14.

O dispensador inicia o funcionamento quando uma senha, pré-cadastrada, é digitada no teclado. O software da máquina verifica o cadastro no banco dados. Se a senha for validada (primeiro gráfico), uma série de pulsos ativará os driver´s de potência dos motores atuadores. O motor atuador da esteira receberá pulsos positivos de12 Volts numa frequência de 1 Hz (segundo gráfico) e o motor de ejeção final recebe uma tensão contínua de 12 Volts (terceiro gráfico).

No, temos a alimentação do motor atuador da esteira pulsante e a sua inversão que ocorre a partir do momento em que surge o sinal do sensor óptico (quarto gráfico).

O terceiro gráfico representa a alimentação do motor atuador dos roletes de ejeção final do produto.

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Cap.3 28

Figura 3.14 – Diagramas de tempo do sistema.

O sinal gerado pelo sensor de número mínimo de unidades não está representado nesse diagrama. Sendo a capacidade de armazenamento de 150 unidades, o sinal do sensor de 10 unidades restantes surgirá após 140 ciclos, apresentados no diagrama de tempo.

Com a apresentação dos diagramas de tempos de uma máquina, poderemos ter uma visão geral das tensões geradas pelos sensores e das tensões aplicadas aos atuadores em função do tempo. Essas informações são indispensáveis na elaboração dos Programas Computacionais.

(43)

Cap.3 29

3.4 - Programas Computacionais

O software utilizado no desenvolvimento dos programas computacionais deste projeto foi o Microsoft Visual Studio, pacote de programas elaborados pela Microsoft® para o desenvolvimento de programas computacionais ou informáticos dedicados ao Visual Basic, NET Framework, e outras linguagens (HALVORSON, 2009) (KURATA, 2007).

O Microsoft Visual Basic é uma plataforma de desenvolvimento utilizada na programação do software dedicado a uma variedade de configurações no sistema operacional Windows, Web e em outros ambientes.

Outro programa computacional dentro da plataforma Excel, “EXCEL para Engenheiros” (GOMEZ, 2009), também foi pesquisado e analisado, antes de se decidir pelo uso definitivo do Microsoft Visual Basic.

3.4.1 - Estrutura dos Programas

Para o controle do sistema foi necessário o desenvolvimento de dois programas computacionais na plataforma do Visual Basic, sendo um para a CPU da máquina dispensadora e outro para a CPU central, interligadas através da comunicação wireless. Foram nomeados de “DispensadorCamisinha.aplication” e “SampleDataBindChart.application”.

Dispensador Camisinha.aplication.

Software desenvolvido para o sistema de controle da máquina dispensadora, com os seguintes objetivos:

- Ler as senhas digitadas no teclado para fazer a validação dos usuários cadastrados.

- Criar formulários com gráficos, menus, barras rolantes, planilhas, identificação da máquina, bem como e enviar informações para o display de modo a interagir com o usuário.

- Criar um banco de dados das pessoas cadastradas. - Modem.

- Fazer a programação dos canais da interface de aquisição de dados DLP232PC para leitura dos sensores.

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Cap.3 30

- Fazer a programação para comunicação com o Modem Wireless, para o envio dos gráficos com os respectivos dados, além do número identificador da Máquina, via Internet.

- Gerar o código identificador, definido para cada máquina.

- Emitir avisos áudio visuais quando o sensor de nível de embalagens estiver no mínimo. No Apêndice 2, apresentam-se as imagens, nos monitores de vídeo, com a sequencia dos formulários criados, de acordo com os procedimentos durante o uso dessas máquinas.

SampleDataBindChart.application.

Software desenvolvido para os computadores que receberão as informações da(s) máquina(s) dispensadoras. Tem os seguintes objetivos:

- Receber as informações das máquinas, através da rede Internet. - Identificar a máquina.

- Apresentar os dados das máquinas em forma de gráficos, que serão atualizados sempre que o programa for inicializado.

- Criar um formulário com barra rolante para acessar os dados (número de embalagens solicitadas) versus data, devido á grande quantidade de informações acumuladas.

Portanto, com a utilização desses dois programas, podemos praticamente generalizar o controle e automação de qualquer máquina dispensadora de produtos em geral. Para isso, basta conhecer seus sensores, atuadores e o seu princípio de funcionamento.

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Cap.3 31

3.5 –

Fluxogramas do Funcionamento

Na Figura 3.15 apresenta-se o fluxograma de funcionamento completo do sistema.

(46)

Cap.3 32

Com a senha correta, um bit proveniente de um canal de saída da interface DLP232PC ativará os drivers dos motores da esteira responsável pela extração de uma unidade do depósito de armazenamento e do sistema de ejeção final.

A esteira levará o produto (embalagem de preservativo) até determinado ponto em que é detectado por um sensor óptico, o qual enviará um pulso (bit) para um canal de entrada da interface DLP232PC. Nesse momento, a embalagem ficará sob controle do sistema de ejeção final.

Com o bit gerado pelo acoplador óptico, o programa computacional também ativará o circuito de controle do motor da esteira para que haja uma reversão no sentido de rotação, evitando que mais de uma embalagem seja ejetada.

O sistema de ejeção final entregará a embalagem ao consumidor e, logo em seguida, todos os motores serão desligados.

Um monitor de vídeo foi utilizado durante o desenvolvimento dos testes de funcionamento do programa computacional, onde podemos observar toda a sequencia nas telas apresentadas no Apêndice 2.

O adaptador USB wireless fará a comunicação com o computador central, próximo a esta máquina, para que sejam enviados os cadastros, bem como receba os relatórios de acesso ao dispensador. O computador central armazenará os dados e funcionará como uma central da rede internet.

O Apêndice 1 apresenta detalhes de vários modelos de máquinas, das mais simples às industrializados, inclusive a metodologia utilizada no 1º e 2º protótipos das desenvolvidas no IFPB (máquinas dispensadoras).

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Cap.4 33

Capítulo 4

Testes e Resultados

Neste Capítulo apresentamos o conjunto dos dispositivos com os quais foram feitos os testes de funcionamento da proposta, as simulações e os resultados conseguidos, comprovando toda a teoria.

4.1 - Protótipo de Testes

O protótipo da máquina dispensadora de embalagens de preservativos, apresentado no item 3.2.3.4, foi adaptado ao sistema de controle proposto para ser utilizado nos testes do trabalho. Na Figura 4.1 apresentamos uma fotografia da parte frontal dessa estrutura.

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Cap.4 34

4.2 - Testes e Simulações

Na Figura 4.2 apresentamos a composição geral dos equipamentos utilizados nos testes.

Figura 4.2 – Equipamentos utilizados nos testes.

Utilizamos o protótipo da Figura 4.1 interligado a um computador, através do módulo de aquisição de dados (DLP232PC) e computadores remotos conectados via Internet.

Inicialmente instalou-se, na CPU do Dispensador, o Sistema Operacional Windows XP® e, em seguida, um dos programas computacionais desenvolvidos no pacote Visual Basic, nomeado de “Dispensador Camisinha.aplication”. Esse programa computacional implementa as funções já apresentadas no item 3.4.1.

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Cap.4 35

do canal da interface de aquisição de dados, simulando a informação que o acoplador óptico produz quando uma embalagem está sendo ejetada, como mostra o circuito da Figura 4.3. Com essa chave aberta, o canal da interface de aquisição lê a informação de Bit =0, por conta do resistor de 1 KΩ ligado ao ponto de terra, e com a chave fechada, temos a leitura direta de 5 Volts (Bit=1), simulando a mesma informação do acoplador óptico.

Figura 4.3 – Chave de simulação.

Diariamente uma série de solicitações foi realizada com valores aleatórios, através da máquina ou da chave de simulação, já que o software foi programado em sincronismo com a data. Portanto, foi preciso que a cada dia fossem realizados os testes.

Na Tabela 3 apresentamos a organização dos testes em três colunas. A primeira coluna indica o número do teste, a segunda coluna, a data e na terceira, a quantidade de solicitações do produto do dispensador realizadas na data correspondente.

Podemos observar na terceira coluna que, somando-se todas as simulações, foram realizados um total de 816 testes, no período de 38 dias.

Dividimos os testes em duas etapas:

1. Testes realizados no período de 20 de maio a 29 de junho de 2011, correspondentes aos testes de No. 01 ao de No. 11 da Tabela 3, para verificar e ajustar os softwares.

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Cap.4 36

Tabela 3 – Testes e Simulações

Teste Data Quantidade