Projeto - Máquina de Lavar

CAMPUS
PRAÇA ONZE
DISCIPLINA
MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS
Projeto
Máquina de Lavar
“Spartan Washing Machine”
ALUNO
MATRÍCULA
01
Jacques Stelzer Cardoso
2009.02.08674-2
02
José Renato Magalhães da Costa
2009.01.07072-9
03
Roberto Sampaio Monteiro
2011.01.27338-1
TÍTULO
CURSO
Projeto – Máquina de Lavar “Spartan Washing Machine”
ENGENHARIA ELÉTRICA
PERÍODO
8º
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AMORIM
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Índice de Figuras
Figura 1: Esquema de uma Máquina de Lavar Roupas __________________________________________ 6
Figura 2: Etiqueta do Motor da Máquina de Lavar Roupas _______________________________________ 7
Figura 3: Esquema do Arduino _____________________________________________________________ 9
Figura 4: Exemplo de uma Placa de Arduino _________________________________________________ 11
Figura 5: Algumas Peças da Máquina de Lavar _______________________________________________ 13
Figura 6: Kit Arduino ____________________________________________________________________ 15
Figura 7: Montagem do Arduino no Protoboard ______________________________________________ 16
Figura 8: Teste de Funcionamento do LCD do Arduino __________________________________________ 17
Figura 9: Placa Pronta para Utilização na Máquina ____________________________________________ 17
Figura 10: Esquema de Funcionamento da “Spartan Washing Machine” ___________________________ 18
Figura 11: Croqui da Armação em Ferro da “Spartan Washing Machine”___________________________ 19
Figura 12: Montagem da “Spartan Washing Machine” (Peças Mecânicas) _________________________ 20
Figura 13: Montagem da Parte Superior da “Spartan Washing Machine” (Arduino) __________________ 20
Figura 14: “Spartan Washing Machine” Finalizada e Testada ____________________________________ 21
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Sumário
1.
OBJETIVO .......................................................................................................................................... 4
2.
EMBASAMENTO TEÓRICO ................................................................................................................. 4
2.1.
2.2.
MÁQUINA DE LAVAR ROUPAS ................................................................................................................ 4
ARDUINO........................................................................................................................................... 7
3.
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ......................................................................................................... 11
4.
MATERIAL UTILIZADO...................................................................................................................... 12
5.
DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ................................................................................................... 15
6.
CONCLUSÃO .................................................................................................................................... 22
ANEXO – CÓDIGO-FONTE DO ARDUINO.............................................................................................23
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1. OBJETIVO
Projetar e implementar uma máquina de lavar contendo as seguintes funções básicas de uma
máquina:
•
Encher
•
Bater
•
Esvaziar
Optou-se por uma máquina de lavar roupas, tendo como objetivo secundário as funções Molho,
Enxague e Centrifuga.
2. EMBASAMENTO TEÓRICO
2.1. Máquina de Lavar Roupas
pode-se ver os componentes interiores de uma máquina de lavar roupa, na figura abaixo. Do
ponto de vista do consumo de energia, os componentes elétricos mais importantes são:
•
Motor
•
Resistência Elétrica
•
Bomba
Várias fases decorrem desde quem utiliza a máquina colocou o detergente na máquina, a roupa
dentro do tambor e escolheu o programa de lavagem, da seguinte forma:
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i.
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O controlador abre a válvula de entrada de água, que passa pela caixa de sabão, misturandose com este, e desce pelo tambor, enchendo-o;
ii.
O sensor de pressão detecta o nível de água e desliga a válvula de entrada de água;
iii.
Um outro sensor (sensor de temperatura) dá a informação ao controlador da temperatura da
água, se for o caso. O elemento elétrico é activado se a temperatura da água for inferior à
temperatura programada. Quando esta temperatura é atingida, o controlador desliga a
resistência elétrica;
iv.
O motor elétrico roda o tambor para lavar a roupa;
v.
A válvula de esgoto abre-se para escoar a água e a bomba de água esvazia completamente o
tambor;
vi.
Nova entrada de água limpa para o tambor, de modo a remover completamente o sabão da
roupa. O motor roda em ambos os sentidos e, ao fim de algum tempo, a água sai do tambor
pela válvula de esgoto. Este processo é repetido várias vezes para garantir que o sabão é
removido da roupa;
vii.
O motor elétrico roda o tambor a uma velocidade de rotação elevada para centrifugar a
roupa, retirando água em excesso;
viii.
ix.
No fim da centrifugação, a bomba retira o excesso de água; e,
As máquinas de lavar roupas com secador de roupa utilizam ar quente para secar a roupa. O ar
proveniente do exterior da maquina é aquecido numa resistência elétrica e o tambor circula a
roupa para que o ar aquecido evapore a água da roupa. A resistência elétrica é ligada e
desligada várias vezes para evitar temperaturas elevadas. O ar sai do tambor e é retirado da
máquina para o exterior.
(Fonte: www.fixitnow.com)
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Figura 1: Esquema de uma Máquina de Lavar Roupas
Como a cadeira deste projeto é Máquinas Elétricas e Acionamentos, achou-se por bem detalhar o
motor utilizado na confecção da máquina de lavar, como denota a figura abaixo.
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Figura 2: Etiqueta do Motor da Máquina de Lavar Roupas
2.2. Arduino
O Arduino é uma placa de controle I/O baseada no microcontrolador Atmega (Atmel), que serve
de controle para diversos outros sistemas, porém o diferencial desta placa é que ela é
desenvolvida e aperfeiçoada por uma comunidade que divulga as suas placas e seus códigos de
aplicação, pois a concepção da placa é open-source.
Esta placa foi projetada com finalidades educativas com o intuito de ajudar os designers e artistas
a criarem obras interativas sem terem muitos conhecimentos de eletrônica, mas pelo fato de ter o
seu esquema e software de programação open-source, ela acabou chamando a atenção dos
técnicos de eletrônica, que começaram a aperfeiçoá-la e a criar aplicações mais complexas. A
idéia básica de uso é instroduzir sensores ou chaves nos conectores de entrada, e LEDs, displays,
relés, motores e outros dispositivos que possam ser acionados pelos sinais de saída. Depois, é só
programar o microcon- trolador utilizando o software open-source desenvolvido pela equipe do
Arduino e fazer os testes.
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O Arduino é muito difundido fora do Brasil e aqui começa a ganhar força, onde temos até uma
placa desenvolvida por um brasileiro e que tem carimbo oficial da equipe do Arduino - esta versão
se chama Severino, criada por Adilson Akashi. O Arduino foi primeiramente desenvolvido por
Massimo Banzi e Dave Cuartielles e o software por David Mellis e Nicholas Zambetti. As primeiras
versões eram com comunicação serial, USB e Bluetooth, todas com microcontrolador Atmega8, as
mais novas versões são com o ATMega168; porém a idéia original de ter uma plataforma flexível e
de fácil uso continua. Existe uma versão chamada Sanguino que utiliza um Atmega644P
(http://sanguino.cc/) para atender projetos que necessitem de mais memória flash e outros
recursos que o ATMega168 não atende.
Com ele é possível fazer algumas automações que não excedam o número das portas disponíveis.
A quantidade de aplicações encontradas na internet utilizando o Arduino é grande, cada uma mais
interessante que a outra, no site http://www.arduino.cc/playground/Main/People o leitor
encontra diversos links para blogs e sites que mostram essas montagens. Caso queira começar
com algumas aplicações simples, no endereço http://arduino.cc/en/Tutorial/HomePage existem
aplicações como acender um LED, trabalhar com chaves liga-desliga, sensores e até com
acelerômetro.
Os interessados em ter um Arduino podem obter as placas de duas maneiras: a primeira é
comprar dos diversos sites que o vendem (http://arduino.cc/en/Main/Buy), a outra é o leitor
baixar os esquemas, placas e manuais. Uma boa dica para a montagem é um dos projetos oficiais
do Arduino: Arduino Board - Serial Interface (Attribution-ShareAlike 2.5), o seu diagrama é
apresentado na figura 1. O download dos arquivos em Eagle e Cad podem ser obtidos no
endereço http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardSerial.
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Figura 3: Esquema do Arduino
Com a placa em mãos, agora é necessário programar o microcontrolador, que irá receber e
trabalhar os sinais conforme a sua aplicação final, e para isto é preciso instalar o software que
encontramos na página http://arduino.cc/en/Main/Software. A versão 13 se encontra para ser
baixada pelo Google no endereço http://code.google.com/p/arduino/downloads/list, e tanto no
primeiro link como no link do Google encontramos uma referência para começar a digitar as
primeiras linhas de código.
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O software para a programação do microcontrolador é baseado em C/C++ (baseado em Wiring), e
o ambiente de desenvolvimento é baseado em “Processing”, ambos open-source.
A possibilidade de escrever e apagar o código do microcontrolador faz do Arduino uma ótima
ferramenta de teste ou para usos específicos de curta duração ou futuras modificações, ou até
mesmo para fazer atualizações em um determinado produto, uma vez que é só trocar o
microcontrolador em funcionamento por um novo microcontrolador com a programação nova.
Como o Arduino é open-source, a documentação também é colaborativa, ou seja, o leitor pode
obter a literatura necessária no próprio site da equipe criadora do software ou procurar a
documentação das variações do Arduino e suas respectivas informações. Por isto é sempre bom
escolher bem o tipo de variação do Arduino, utilizando como critério a documentação, pois sendo
uma comunidade aberta a documentação é prati- camente necessária para cada projeto criado.
O Arduino é mais uma ferramenta criada para atender a área educacional, mas devido ao seu
aprimoramento graças à comunidade que sempre busca atualizá-lo e às suas derivações, acaba
tendo outras finalidades.
(Fonte – adaptado: http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/1236)
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Figura 4: Exemplo de uma Placa de Arduino
3. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
Para atender ao objetivo proposto com confiabilidade, estabilidade e segurança, o projeto
apresenta as seguintes características:
•
O controle da máquina de lavar é feito a partir do Arduino e programação em sua linguagem
específica para atender o solicitado no objetivo do projeto
•
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O ciclo de funcionamento da máquina se traduz da seguinte forma:
o
Enche d'água;
o
Entra em modo “Molho”;
o
Executa uma lavagem longa;
o
Esvazia;
o
Enche novamente;
o
“Bate” um pouco para o enxague;
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o
Esvazia novamente;
o
Centrifuga; e,
o
Término do processo.
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4. MATERIAL UTILIZADO
Para termos o resultado esperado, utilizamos peças de máquina de lavar usada conseguidas
“garimpando” as assitências técnicas, onde algumas adquiridas e outras doadas ao projeto.
Também foi empregado um Kit Arduino para fazer o controle da máquina.
•
TÍTULO
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Para máquina de lavar:
o
Motor
o
Tambor
o
Polia
o
Solenoide
o
Válvula
o
Bomba d´água
o
Correia
o
Suporte para fixação na armação
o
Relé
o
Integrado UNL2003A, atuando como driver para os relés
o
Cabos, entre outra peças adicionais...
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Figura 5: Algumas Peças da Máquina de Lavar
•
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Para o Arduino (Abaixo Kit completo, apenas foi utilizado o necessário para o projeto):
o
1 - Arduino Uno REV3 Original
o
1 - Módulo Rele Montado
o
8 - LED 3MM AM DIFUSO
o
8 - LED 3MM VD DIFUSO
o
8 - LED 3MM VM DIFUSO
o
1 - LED RGB 4 – Terminais
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o
1 - LED TX/RX
o
10 - Resistor 330R
o
10 - Resistor 1K
o
10 - Resistor 10K
o
10 - Resistor 100K
o
5 - Capacitor Ceramico 100nF/50V
o
2 - Capacitor Eletrolitico - 100uF/25V
o
2 - Capacitor Eletrolitico - 10uF/25V
o
1 - CI CD4511 PDIP-16
o
2 - Transistor BC337-25 TO-92
o
2 - Transistor BC327-25 TO-92
o
8 - Chave Tactil 6X6X4,3mm
o
1 - LCD LCD 16x2 HD44780
o
1 - Display 7 Segmetos Catodo comum
o
1 - Potenciometro linear 10k
o
1 - Buzzer Contínuo 5VDC
o
1 - Sensor LM35 Temperatura TO-92
o
1 - Sensor LDR 5mm
o
1 - Sensor Elemento Piezo Elétrico
o
1 - Servo Motor 9g.
o
1 - Protobord 840P MSB-100
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o
25 - Jumper MM
o
1 - Cabo USB-A M X USB-B M 1,1/2,0 1,8M PT
Figura 6: Kit Arduino
5. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
O projeto se desenvolveu em três fases.
A primeira fase foi a montagem do circuito controlador da máquina com o arduino, prototipando-o
em um protoboard (Figura 1).
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Figura 7: Montagem do Arduino no Protoboard
Após a montagem no protoboard, iniciou-se o processo de programação do micro controlador para
que ele se despusesse a executar os comandos solicitados. Com o código pronto, testou-se tendo
em vista a depuração do mesmo (Figura 2). Aprovado inicialmente o código-fonte (Anexo) evoluiuse para a colocação do protótipo em placa adequada ao seu funcionamento (Figura 3) na máquina
de lavar roupas, como será visto mais a frente.
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Figura 8: Teste de Funcionamento do LCD do Arduino
Figura 9: Placa Pronta para Utilização na Máquina
Antes que se iniciasse a segunda fase do projeto, foi elaborado o esquema de como a máquina de
lavar roupas “Spartan Washing Machine” funcionaria. O diagrama encontra-se detalhado na figura
que abaixo se segue.
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Figura 10: Esquema de Funcionamento da “Spartan Washing Machine”
A segunda fase se iniciou com a confecção da armação em ferro que seria o suporte para a
montagem da máquina.
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Figura 11: Croqui da Armação em Ferro da “Spartan Washing Machine”
Com a armação pronta, deu-se início a montagem das peças da máquina de lavar no suporte,
conforme figuras abaixo.
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Figura 12: Montagem da “Spartan Washing Machine” (Peças Mecânicas)
Figura 13: Montagem da Parte Superior da “Spartan Washing Machine” (Arduino)
A terceira e última fase consistiu em fazer os testes necessário para averiguar se consegui-se
chegar ao objetivo proposto neste projeto. Num primeiro momento, houve de se ajustar
componentes da placa que continha o Arduino, parte do código-fonte e, também, da parte
mecânica para que houvesse a sinergia que se queria entre eles.
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Figura 14: “Spartan Washing Machine” Finalizada e Testada
Após esse estágio, pode-se se ver a máquina de lavar roupas “Spartan Washing Machine”
funcionando a pleno, demosntrando que todos dos componentes se encontravam ajustados, cada
um para a sua função precípua.
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6. CONCLUSÃO
Pode-se afirmar que após os três estágios de relatados no item Desenvolvimento do Projeto, a
Máquina de Lavar Roupas “Spartan Washing Machine” funcionou de acordo com os objetivos
propostos.
Outrossim, ressalta-se que este tipo de prática é muito interessante para demonstrar na realidade
como máquinas elétricas funcionam, fazendo com que o aprendizado se torne mais agradável e
vislumbra a realidade do dia-a-dia do engenheiro e suas práticas inerentes a sua profissão.
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ANEXO – CÓDIGO-FONTE DO ARDUINO
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