UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCAMPUS DE CURITIBA

CURSO DE ENGENHARI A DE COMPUTAÇ ÃO

ALEX ANDRE J ACQUES MARIN

YURI ANTIN WERGRZN

Desktop Intel igente

CURITIBA

2008

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ALEX ANDRE J ACQUES MARIN

YURI ANTIN WERGRZN

Desktop Intel igente

CURITIBA

2008

Monogra f ia apresen tada à d isc ip l ina de Of i c inas de In tegração I I do 4 º Pe r íodo do curso de Engenhar ia de Computação da Un ive rs idade Tecno lóg ica Fede ra l do Pa raná como requ is i to pa rc ia l para ob tenção de no ta .

Or ien tado res : Már io Sé rg io Te ixe i ra de F re i tas Hugo V ie i ra Neto

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SUMÁRIO

LISTA DE F IGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 . INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 .1 RESUMO EM PORTUGUÊS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 .2 ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 .3 MOTIVAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 . FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 .1 SENSOR DE LUMINOSIDADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 .2 SENSOR DE DISTÂNCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 .2 .1 SENSOR ÓTICO COM LUZ POLARIZADA . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 .2 .2 SENSOR ÓTICO L INEAR (PSD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 .3 INTEGRAÇÃO COM O ARDUINO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 .3 .1 ESPECIFICAÇÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 .3 .2 FUNCIONAMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 . IMPLEMENTAÇÃO DO PROJETO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 .1 IMPLEMENTAÇÃO DO HARDW ARE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 .1 .1 SENSOR DE LUMINOSIDADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 .1 .2 SENSOR DE PRESENÇA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 .1 .3 SENSOR DE DISTÂNCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 .2 IMPLEMENTAÇÃO DO SOFTWARE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 .2 .1 SOFTW ARE ARDUINO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 .2 .2 SOFTW ARE JAVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 . OPERAÇÃO DO CONJUNTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 . CONSIDERAÇÕES FINAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 . REFERÊNCIAS B IBLIOGRÁFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

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LISTA DE F IGURAS

1 Co l isão de um fó ton com mate r ia l sem iconduto r . . . . . . . . . . . . . . . 92 Impedânc ias no bo tão l i ga /des l i ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Demons t ração do func ionamen to do senso r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Esquema de um PSD un id imens iona l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Fo togra f ia do Ardu ino D iec im i la . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Desenho esquemát ico pa ra o fo to res is to r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Desenho esquemát ico pa ra o sensor de p resença . . . . . . . . . . . 248 Desenho da pa r te in fe r io r do sensor de d is tânc ia . . . . . . . . . . . 269 Grá f i co da tensão de sa ída em função da d i s tânc ia . . . . . . . . 2710 Imagem do so f twa re Java em ope ração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

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1. Int rodução

1.1 Resumo em Por tuguês:

Ao longo dos anos , desde o surg imento do compu tado r

Desk top , vá r ias me lho r ias na expe r iênc ia do usuá r io f o ram

fe i t as . Mesmo ass im, a ma io r ia des tes computado res es tá

l im i tada a uma in te ração homem-máqu ina baseada em um

tec lado e mouse . É sob re a insp i ração de expand i r es ta

in te ração , reduz i r o consumo de ene rg ia e me lho ra r a

expe r iênc ia do usuá r io , que o p ro je to “Desk top In te l i gen te ”

será desenvo lv ido . A t ravés de senso res e do d ispos i t i vo

A rdu ino , o p ro je to v i sa dar ao computado r de desk top uma

“v i são ” do mundo ao seu redo r , to rnando-o capaz de tomar

dec isões baseadas nos dados co le tados pe los senso res .

Dev ido ao con tex to no qua l es tá sendo desenvo lv ido , es te

p ro je to tem foco p r inc ipa l no ap rend izado .

1.2 Abstrac t :

Over the yea rs , s ince the o r ig in o f desk top compute rs ,

va r ious improvements on the use r ’s expe r ience have been

made. S t i l l , most o f these compute rs a re l im i ted to a human-

mach ine in te rac t ion based on keyboa rd and mouse . I nsp i red

on expand ing th is in te rac t ion , reduc ing ene rgy consumpt ion

and improv ing the use r ’s expe r ience tha t the In te l l i gen t

Desk top p ro jec t w i l l be deve loped . Th rough sensors and the

A rdu ino dev ice , the p ro jec t a ims to g i ve the desk top computer

a v is ion o f i t s su r round ings , mak ing i t capab le o f tak ing

dec is ions based on the da ta co l l ec ted by the senso rs . Due to

the con tex t on wh ich th is p ro jec t i s be ing deve loped , i t

f ocuses ma in ly on lea rn ing.

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1.3 Mot ivação :

A p r inc ipa l e ma io r mot i vação pa ra o desenvo lv imento

des te p ro je to é o ap rend izado , dev ido ao con tex to acadêmico

no qua l se inse re . Po rém, o p ro je to também v isa uma me lho ra

na expe r iênc ia de usuár io em computado res Desk top a t ravés

da u t i l i zação de senso res .

Pa ra fazer i s to , f o i dec id ido ten ta r co r r ig i r os e r ros ma is

comuns que usuár ios de compu tado r de desk top cometem que

resu l tam em poss íve is danos ao p rópr io usuár io : Pos ições

incômodas e danosas à co luna ve r teb ra l e u t i l i zação do

computado r em cond ições adve rsas de i lum inação . A lém

d isso , também fo i imp lementado um s i s tema de de tecção de

p resença pa ra a juda r a ev i ta r o despe rd íc io de ene rg ia .

Pa ra ev i ta r a u t i l i zação do computado r em cond ições

adve rsas de i lum inação, op tou-se por um fo to res is to r ,

u t i l i zado para de tec ta r va r iações de in tens idade lum inosa , e ,

baseando-se nessa va r iação , a le r ta r o usuá r io caso a

cond ição não se ja idea l . Já pa ra cor r ig i r pos ições danosas ,

f o i u t i l i zado um senso r de p rox im idade , capaz de de tec ta r se

o usuá r io es tá mu i to p róx imo ao mon i to r do compu tado r e ,

po r tan to , não es tá dev idamente encos tado em seu assen to .

Po r f im , pa ra de tec ta r a p resença do usuá r io u t i l i zou -se

um bo tão l i ga /des l iga , acop lado ao assen to , que i rá s ina l i za r

ao compu tado r a p resença ou ausênc ia do usuá r io e , caso

es te não es te ja p resen te , o compu tado r poderá des l iga r o

mon i to r ou des l iga r -se po r comp le to , dependendo da

con f igu ração esco lh ida pe lo usuá r io .

A lém dos sensores , o p ro je to u t i l i za rá a p laca de

c i r cu i to impresso A rdu ino pa ra a med ição , conve rsão e env io

dos dados de cada um dos senso res pa ra um computador e a

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l i nguagem de p rogramação Java pa ra a ob tenção e u t i l i zação

des tes dados no computado r .

Tendo i s to em v i s ta , se rá fe i t a uma fundamentação

teór i ca de cada um dos componentes do p ro je to e , a segu i r ,

uma exp l icação de como os mesmos se rão u t i l i zados em p ro l

dos ob je t i vos do p ro je to e , po r f im , uma aná l ise da u t i l i zação

do s is tema po r um usuá r io comum.

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2. Fundamentação Teór ica

Esta seção con tém a fundamentação teó r i ca dos

senso res e do Ardu ino , envo lv idos no p ro je to . A seção fo i

d i v id ida em quat ro subseções : Senso r de Luminos idade ,

Senso r de P resença , Senso r de D is tânc ia e In tegração com o

Ardu ino , v i sando desc reve r o func ionamen to de cada senso r e

do Ardu ino . Como se rão u t i l i zados e com que p ropós i to se rá

d iscu t ido na seção 3 .

2.1 Sensor de Luminosidade

Detec to res de rad iação e le t romagné t i ca no espec t ro de

u l t rav io le ta a in f rave rme lho são chamados de tec to res de

luminos idade . Ex is tem do is g randes g rupos de d ispos i t i vos

desse t ipo , que são chamados de quan tum e the rma l .

O d ispos i t i vo usado no p ro je to pe r tence ao g rupo

quan tum , cu jo func ionamento se rá exp lanado aba ixo .

Os de tec to res de quantum (d i spos i t i vos fo tovo l ta i cos e

fo tocondut i vos ) se base iam na in te ração de fó tons com uma

grade de mater ia l sem icondu to r . A sua ope ração é baseada no

e fe i to descober to por A lbe r t E ins te in , que o levou a ganha r o

P rêm io Nobe l . Em 1905 , e le f ez uma supos ição sobre a

na tu reza da luz , que d i z ia que , pe lo menos em ce r tas

c i r cuns tânc ias , sua ene rg ia es tava concen t rada em grupos

loca l i zados , pos te r io rmente nomeados fó tons . A ene rg ia de

um fó ton é dada po r

onde v é a f reqüênc ia da luz e h é a cons tan te de P lanck , cu jo

va lo r é ou . Quando um fó ton

co l ide com a supe r f íc ie de um conduto r , pode ge ra r um

e lé t ron l i v re . Uma pa r te da energ ia do fó ton E é u t i l i zada

pa ra sepa ra r o e lé t ron da super f íc ie , enquanto a ou t ra par te

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f o rnece ene rg ia c iné t ica ao e lé t ron . O e fe i to f o toe lé t r i co pode

ser desc r i to como

onde K m é a ene rg ia c iné t ica máx ima do e lé t ron , quando es tá

de ixando a super f íc ie .

Se a luz com um compr imen to de onda apropr iado

(ene rg ia de fó tons su f i c ien temente a l ta ) a t inge um c r is ta l

semiconduto r , a concen t ração de po r tado res de ca rga

(e lé t rons e lacunas ) no c r i s ta l aumenta , o que se man i fes ta no

aumen to de condut i v idade do c r is ta l .

Figura 1 - Fóton de energia alta (A) e baixa (B) colidindo com um semicondutor.Fonte: FRADEN, 1996, p.397.

A f i gu ra 1 mos t ra bandas de energ ia de um ma ter ia l

semiconduto r . A banda ma is in fe r io r é chamada de banda de

va lênc ia , que cor responde aos e lé t rons l im i tados a reg iões

espec í f i cas da g rade do c r is ta l . No caso do s i l í c io ou

ge rmân io , são par tes da l i gação cova len te , que cons t i tu i as

fo rças in te ra tômicas do c r is ta l . A banda supe r io r é a banda de

condução , cons t i tu ída po r e lé t rons que podem f lu i r l i v remen te

pe lo c r i s ta l . E lé t rons nessa banda con t r ibuem pa ra a

condut i v idade e lé t r i ca do mater ia l . Essas duas bandas são

sepa radas pe lo gap de energ ia (em ing lês band gap ) , ou

banda p ro ib ida . O tamanho da banda p ro ib ida de f ine se o

mate r ia l é semicondu to r ou iso lan te . O número de e lé t rons na

camada de va lênc ia é o adequado pa ra p reenche r

comple tamente todos os espaços na mesma. Na ausênc ia de

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exc i tação té rm ica , conseqüentemente , tan to o semiconduto r

quan to o i so lan te te r iam a banda de va lênc ia comple tamen te

che ia , e a de condução vaz ia . Po r tan to , teo r icamen te , nem um

nem ou t ro ap resen ta r ia condu t i v idade e lé t r i ca . Em um meta l ,

a banda de ene rg ia ma is a l ta não es tá comp le tamente che ia ,

poss ib i l i tando que e lé t rons possam m igra r l i v remen te pe lo

mate r ia l , po rque p rec isam de uma pequena energ ia

inc remen ta l para i r aos n íve is ocupados ac ima . Dessa fo rma ,

meta is são ca rac te r i zados po r uma condut i v idade e lé t r i ca

mu i to e levada . Em iso lan tes e sem iconduto res , no en tan to , o

e lé t ron p rec isa p r ime i ro ob te r energ ia su f i c ien te pa ra

a t ravessa r a banda p ro ib ida pa ra chega r à banda de

condução , po r i sso sua condut iv idade a lgumas o rdens de

g randeza menor em re lação aos meta is . Pa ra os mate r ia is

i so lan tes , o gap de ene rg ia é de ce rca de 5 eV ou ma is ,

enquanto nos sem iconduto res , é cons ide rave lmente menor,

como mos t ra a tabe la a segu i r :

T a b e l a 1 : B a n d G a p s d e m a t e r i a i s s e m ic o n d u t o r e s .

Mate r ia l Band gap (eV) Ma io r compr imento de onda ( )

ZnS 3.6 0 .345

CdS 2.41 0 .52

CdSe 1.8 0 .69

CdTe 1.5 0 .83

S i 1 .12 1 .10

Ge 0.67 1 .85

PbS 0.37 3 .35

InAs 0 .35 3 .54

Te 0.33 3 .75

PbTe 0.3 4 .13

PbSe 0.27 4 .58

InSb 0.183 6 .90

F o n t e : F R A D E N , 1 9 9 6 , p . 3 9 8 .

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Como se pode ve r na f i gu ra 1A, o fó ton de f reqüênc ia v 1

co l ide com o c r is ta l , sua ene rg ia é a l ta o su f ic ien te para

sepa ra r o e lé t ron da banda de va lênc ia e levá - lo a t ravés do

band gap a té a banda de condução , num n íve l de energ ia ma is

e levado . Nessa banda , o e lé t ron é l i v re e capaz de “p ropagar ”

cor ren te . A fa l ta de um e lé t ron na banda de va lênc ia c r ia uma

lacuna que também se rve como e lemento condu to r de

cor ren te . Esse e fe i to se man i fes ta na redução da res is t i v idade

espec í f i ca do mate r ia l , ou se ja , quan to ma is luz i nc ide sob re

o ma te r ia l f o tocondu t i vo , menor se rá sua res is tênc ia . Já a

f i gu ra 1B most ra um fó ton de menor f reqüênc ia v 2 , que não

tem energ ia su f i c ien te pa ra faze r o e lé t ron a t ravessar o band

gap . A ene rg ia desse fó ton é desca r regada sem c r ia r

“p ropagadores ” de co r ren te

Todos os ma te r ia is que conve r tem d i re tamente fó tons

de rad iação e le t romagné t i ca em po r tado res de carga são

chamados de de tec to res de quan tum, ou em ing lês quantum

de tec to rs . Es tes são ge ra lmente p roduz idos na f o rma de

fo tod iodos , f o to t rans is to res e fo to res is to res .

O p ro je to em ques tão u t i l i za um fo to res is to r pa ra med i r

a in tens idade lum inosa . Os mater ia is ma is comuns na

fabr i cação de fo to res is to res são o su l fe to de cádm io (CdS) e o

se lene to de cádm io (CdSe) , que são semicondu to res cu jas

res is tênc ias mudam con fo rme a luz i nc ide em sua supe r f íc ie .

Pa ra med i r a ope ração de um fo to res is to r , pode -se

u t i l i za r uma fon te de tensão . Quando a inc idênc ia de luz é

ba ixa , a ap l icação de uma tensão V ge ra uma co r ren te ba ixa .

Quando a luz inc ide na super f íc ie , uma co r ren te ma io r f lu i .

I s to oco r re dev ido ao e fe i to exp l i cado nos pa rágra fos

an te r io res : quando há pouca lum inos idade , os e lé t rons e

lacunas em cada n íve l de ene rg ia es tão a l tamen te

concen t rados e são fo rçados a ocupa r um loca l res t r i to , na

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camada de va lênc ia , resu l tando em uma res is tênc ia a l ta no

semiconduto r . Quando a luz inc ide sob re o c r i s ta l

f o tocondut i vo , os e lé t rons são exc i tados , queb ram o band

gap , a t ingem a banda de condução e de ixam lacunas na

camada de va lênc ia , reduz indo a res i s tênc ia do mate r ia l .

Como a tensão ap l icada é f i xa e a co r ren te é inversamen te

p ropo rc iona l à res is tênc ia , há um aumen to da co r ren te .

O CdS tem um l im i te de 515nm 1 pa ra o compr imen to de

onda , ou se ja , de tec ta ondas de compr imento menor que

515nm. Enquanto o CdS é sens íve l a ba ixos compr imentos de

onda , ou t ros fo toconduto res são ma is sens íve is aos

compr imentos de onda p róx imos ao in f rave rme lho (a l tos ) ,

como é o caso do s i l í c io e do ge rmân io .

2.2 Sensor de Presença

In i c ia lmen te , o p ro je to u t i l i za r ia um senso r baseado em

um c r i s ta l p iezoe lé t r ico para de tec ta r p resença a t ravés do

peso . O c r is ta l p iezoe lé t r ico , que func iona baseado em

p r inc íp ios da f ís i ca do es tado só l ido , ge ra um pu lso de tensão

quando p ress ionado . Porém, dev ido a sua a l t a sens ib i l idade a

pequenas v ib rações , não fo i poss íve l u t i l i zá - lo nes te p ro je to

e , po r i sso , não cabe aqu i uma fundamentação teór i ca do

c r i s ta l p iezoe lé t r ico .

No luga r do c r i s ta l p iezoe lé t r ico , f o ram u t i l i zados

bo tões l i ga /des l iga , v i s to que apenas dese ja -se sabe r se há

um usuá r io em f ren te ao compu tado r ou não . O bo tão

l i ga /des l i ga ap resen ta impedânc ia in f in i ta d iagona lmente e

impedânc ia ze ro nas l i gações pa ra le las quando não

p ress ionado e todas as impedânc ias ze ro quando

p ress ionado , como most ra o desenho da f i gu ra 2 .

1 Valor retirado do livro [1] das referências bibliográficas.

13

1.1

2 .3 Sensor de Dis tância

Exis tem d ive rsos t ipos de senso res pa ra med i r

d is tânc ia , mas a fundamentação teó r ica foca rá o senso r ó t ico ,

po r se r o u t i l i zado no p ro je to .

As p r inc ipa is van tagens do senso r ó t ico são a

s imp l ic idade e a re la t i vamen te a l ta d i s tânc ia de ope ração.

E les não são a fe tados por campos magnét icos indese jados

nem po r in te r fe rênc ias e le t ros tá t i cas , o que os to rna idea is

pa ra mu i tas ap l i cações. Um senso r ó t ico de d is tânc ia

comumente necess i ta de t rês componen tes essenc ia i s : uma

fon te de luz , um fo tode tec to r e um d ispos i t i vo pa ra gu ia r a

luz , que pode se r uma len te , um espe lho , f ib ra ó t i ca , e tc .

2.3 .1 Sensor ó t ico com luz polar izada

Um método pa ra cons t ru i r um senso r ó t ico e le t rôn ico

ma is e f i c ien te é usa r luz po la r i zada . Um fó ton de luz tem

d i reções espec í f i cas de campo magné t i co e e lé t r i co

pe rpend icu la res a cada ou t ro f ó ton e à d i reção de

p ropagação . A d i reção do campo e lé t r ico é a d i reção da

po la r i zação da luz . A ma io r pa r te das fon tes de luz p roduz luz

com fó tons po la r izados a lea to r iamen te . Pa ra po la r i za r a luz , é

Não pressionado

R=0

R=∞

Pressionado: Todas as resistências são nulas.

Figura 2 - Impedâncias no botão liga/desliga.

Fonte: Autoria Própria.

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ut i l i zado um f i l t ro – um mater ia l espec ia l que t ransmi te luz

po la r i zada em apenas uma d i reção e abso rve ou re f le te fó tons

com po la r i zações indese jadas .

Quando a luz po la r i zada a t inge um ob je to , a re f lexão

pode mante r a sua po la r i zação ( re f lexão d i re ta ) ou o ângu lo

de po la r i zação pode mudar , sendo a segunda s i tuação t íp i ca

pa ra ob je tos não metá l i cos . Dessa fo rma, pa ra fazer um

senso r que não se ja a fe tado por ma te r ia i s re f le to res (como

la tas me tá l i cas , po r exemp lo ) , es te pode inc lu i r do is f i l t ros

po la r i zado res perpend icu la rmente pos ic ionados: um na fon te

de luz e o ou t ro no de tec to r .

O p r ime i ro f i l t ro é pos ic ionado na len te em isso ra ( fon te

de luz ) pa ra po la r i za r a luz que es tá sa indo . O segundo, por

sua vez , es tá na len te recep to ra (de tec to r ) pa ra pe rmi t i r a

passagem apenas dos componentes de luz que tem uma

ro tação de 90º em re lação à po la r ização de sa ída .

Com essa mon tagem, quando a luz é re f le t ida por um

ob je to metá l ico , po r exemp lo , a re f lexão é d i re ta e o ângu lo

de po la r i zação não se a l te ra , logo o f i l t ro recep to r não

pe rm i te a passagem desses fe i xes de luz pa ra o fo tode tec to r .

Já quando a luz não é re f l e t ida d i re tamente , seus

componentes con te rão uma quan t idade su f ic ien te de

po la r i zação pa ra a t ravessa r o f i l t ro recep to r e a t i va r o

de tec to r . Ass im sendo, o uso de po la r i zado res reduz fa l sas

de tecções de ob je tos não metá l icos .

2.3 .2 Sensor ó t ico l inear (PSD)

Para med idas de pos ição p rec isas desde pequenas

d is tânc ias a té g randes, s is temas ó t i cos que ope ram pe r to do

in f raverme lho podem se r bem e fe t i vos . Um exemp lo é o PSD

(do ing lês pos i t ion sens i t i ve de tec to r ) p roduz ido pa ra med i r

p rec isamente à d is tânc ia e con t ro la r o foco au tomát ico de

15

máqu inas fo tográ f i cas e f i lmadoras . O senso r f unc iona da

segu in te fo rma: ex i s te um d iodo em isso r de luz , vu lgo LED,

s ig la em ing lês pa ra l i gh t emi t t ing d iode , e também um PSD

fo tode tec to r . A pos ição de um ob je to é de te rm inada ap l i cando

o p r inc íp io de t r iangu lação , que se rá exp l i cado a segu i r . A

f i gu ra aba ixo mos t ra o in f rave rme lho do LED passando po r

uma len te co l imadora – len te que p roduz fe i xes pa ra le los de

luz – que p roduz um fe i xe de e lé t rons de ângu lo mu i to ba ixo

(<2º ) . Quando es te fe i xe a t inge um ob je to , e le é re f le t ido pa ra

o de tec to r . A luz receb ida de ba ixa in tens idade é focada na

supe r f íc ie sens íve l do PSD. En tão o PSD ge ra o s ina l de

sa ída (co r ren tes I A e I B ) que são p ropo rc iona is a d i s tânc ia x ,

que é med ida do cen t ro do PSD a té onde o fe i xe de luz

inc id iu .

A in tens idade da luz receb ida depende mu i to das

p rop r iedades re f lex i vas do ob je to . A re f lexão d i f usa 2 da fa i xa

do in f rave rme lho é mu i to pa rec ida com a da luz v i s íve l , logo ,

a in tens idade da luz inc iden te no PSD tem uma grande

2 A reflexão difusa ocorre quando a superfície apresenta rugosidades, o que causa um espalhamento da luz em todas as direções.

Figura 3 - Demonstração do funcionamento do sensor.Fonte: FRADEN, 1996, p.265.

16

va r iação . No en tan to , a p rec isão das med idas depende mu i to

pouco da in tens idade do fe i xe de luz receb ido .

O PSD con tém em sua supe r f íc ie um fo tod iodo de

s i l i cone de a l ta res is tênc ia , com duas camadas em lados

opos tos , sendo uma de las do t ipo p e a ou t ra do t ipo n 3. Um

senso r un id imens iona l possu i do is e le t rodos (A e B ) f o rmados

na supe r f íc ie supe r io r do PSD pa ra fo rnecer con ta tos

e lé t r i cos . Ex is te um e le t rodo comum (C) no cen t ro da camada

in fe r io r . A d is tânc ia en t re os do is e le t rodos é D, e a

res is tênc ia co r responden te en t re os e le t rodos é R D . A f i gu ra

aba ixo pode i lus t ra r me lho r a exp l icação

Figura 4 - Esquema de um PSD unidimensional.Fonte: FRADEN, 1996, p.265.

Assum indo que o fe i xe inc ide na supe r f íc ie a uma

d is tânc ia x do e le t rodo A , a res i s tênc ia co r responden te en t re

es te e le t rodo e o pon to de inc idênc ia é R x . A co r ren te

fo toe lé t r i ca I o p roduz ida pe lo fe i xe é p ropo rc iona l a

in tens idade do mesmo. Es ta cor ren te i rá f lu i r pa ra ambas as

sa ídas (A e B ) dos sensores , em propo rções co r respondentes

3 Para saber melhor o que significam esses tipos, consultar o livro [9] das referências.

17

às res is tênc ias e , conseqüen temente , as d i s tânc ias en t re o

pon to de inc idênc ia e os e le t rodos

Se as res is tênc ias fo rem l inea rmente p ropo rc iona is às

d is tânc ias , e las podem se r subs t i tu ídas pe las respec t i vas

d is tânc ias na supe r f íc ie

Para e l im inar a dependênc ia da cor ren te fo toe lé t r i ca (e

da in tens idade da luz) , usa -se uma razão en t re as cor ren tes :

e , po r tan to

A f i gu ra 3 most ra re lações geomét r icas en t re vá r ias

d is tânc ias no s is tema de med ida . Reso lvendo do is t r iângu los

i so lando L o , resu l ta em

onde f é a d i s tânc ia foca l en t re a len te recep to ra e o PSD.

Subst i tu indo x encon t rado an te r io rmente :

onde k é a cons tan te modu la r geomét r ica . Conc lusão : a

d is tânc ia do s i s tema ao ob je to re f le to r in f l uenc ia l inea rmente

a p roporção en t re as co r ren tes de sa ída do PSD.

18

2.4 Integração com o Arduino

O Ardu ino 4 é uma p laca de c i rcu i to imp resso open -

sou rce , capaz de ob te r dados ana lóg icos e d ig i ta is do

amb ien te em que es tá inser ido , p rocessando -os e

conve r tendo -os em s ina is d ig i ta is que podem se r env iados

pa ra um computado r , a t ravés da po r ta USB(Un ive rsa l Se r ia l

Bus ) . Op tou -se pe la u t i l i zação des ta p laca dev ido ao

conhec imen to a inda res t r i to na á rea de e le t rôn ica na fase

a tua l do cu rso em que o p ro je to se inse re , em espec ia l com

re lação à m ic ro con t ro lado res , um componen te fundamen ta l

da p laca Ardu ino .

2.4 .1 Espec i f icações

Exis tem vá r ios mode los de p lacas A rdu ino , o ma is

u t i l i zado de les sendo o A rdu ino D iec im i la , que se rá u t i l i zado

nes te p ro je to , baseado no m ic ro con t ro lado r ATmega168. A

segu i r , segue uma fo togra f ia des te mode lo do A rdu ino ,

re t i rada do s i t e o f i c ia l .

Figura 5 – Fotografia do Arduino DiecimilaFonte: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDiecimila

4 Todas as informações sobre o Arduino aqui presentes foram obtidas do site oficial do Arduino: www.arduino.cc.

19

O Ardu ino D iec im i la ope ra com uma fa i xa de tensão

en t re 6 e 20 Vo l ts , que pode se r sup r ida pe la conexão USB ou

ba te r ias ex te rnas , pode fo rnece r a té 40mA de co r ren te pa ra

c i r cu i tos ex te rnos a t ravés de p inos de sa ída ou um p ino de 5V

d ispon íve l na p laca espec ia lmente pa ra es te p ropós i to , tem

16KB de memór ia f l ash pa ra a rmazenamen to de cód igos , dos

qua is 2KB são u t i l i zados pe lo s i s tema de in ic ia l i zação da

p laca , uma memór ia SRAM de 1KB, uma memór ia EEPROM de

512 by tes , que não é pe rd ida ao des l i ga r o A rdu ino , e um

c lock de 16Mhz. Pa ra in te rag i r com o amb ien te , a p laca

possu i 20 p inos Inpu t /Outpu t (En t rada /Sa ída ) , dos qua is 14

são u t i l i zados como inpu ts ou ou tpu ts d ig i ta is e 6 como inpu ts

ana lóg icos . Um inpu t d ig i ta l pode le r uma tensão de ALTO

(p róx imo de 5V) ou BA IXO (p róx imo de 0V) enquanto que um

inpu t ana lóg ico pode le r tensões de zero a té 5 vo l ts , com uma

sens ib i l idade de ap rox imadamente 4 ,9mV. Es ta le i tu ra é um

va lo r de zero a té 1023 , com zero cor respondente a ze ro vo l ts

e 1023 co r responden te a 5 Vo l t s .

20

2.4 .2 Funcionamento

O func ionamen to do A rdu ino depende da p rogramação

do m ic ro con t ro lado r ATmega168, que é fe i ta com o A rdu ino

P rogramming Language, baseado no open -sou rce W ir ing 5. O

desenvo lv imento de cód igo pa ra o A rdu ino é fe i to no amb ien te

P rocess ing 6, também open -sou rce .

O Ardu ino é f lex íve l , de fo rma que , a par t i r de

de te rm inado cód igo no ch ip ATmega168, pode -se a t i va r ou

desa t i va r seus p inos e con f igu ra r um p ino tan to como inpu t ou

ou tpu t . Um p ino de Inpu t é con f igu rado de fo rma a o fe rece r

a l ta impedânc ia de en t rada , v i sando não in te r fe r i r no c i rcu i to

que es tá ana l isando , e um p ino de Outpu t possu i ba ixa

impedânc ia , ev i tando quedas de tensão indese jáve is .

Cód igos e p rogramas desenvo lv idos na in te r face do

P rocess ing pa ra A rdu ino , a pa r t i r da documentação no s i t e

o f i c ia l , podem en tão se r env iados pa ra a p laca a t ravés de

uma conexão USB. A p laca au tomat icamente execu ta rá es te

cód igo . A p laca pode rá , en tão , in i c ia r uma comun icação se r ia l

pa ra env ia r ou recebe r dados a t ravés da USB ou ope ra r

i ndependentemente , caso ene rg ia ex te rna à conexão USB se ja

fo rnec ida , novamente dependendo do cód igo p rev iamen te

env iado . Para es te p ro je to , o Ardu ino se rá u t i l i zado com a

conexão USB, recebendo dados dos senso res desc r i tos nas

subseções an te r io res . Todo o so f tware , d r i ve rs e

documentação necessá r ias pa ra a imp lemen tação de cód igo

pa ra o A rdu ino es tão d ispon íve is no s i t e o f i c ia l e todos os

l i nks es tão d ispon íve is nas Refe rênc ias B ib l iog rá f icas .

5 Site oficial: http://wiring.org.co/.6 Site oficial: http://www.processing.org.

21

3. Implementação do Pro je to

Nes ta seção se rá desc r i to como e com qua l p ropós i to

cada senso r ana l i sado na seção an te r io r f o i ap l i cado nes te

p ro je to e , como o A rdu ino fo i p rogramado pa ra a in te ração

des tes senso res com um computado r . A lém d isso , também

será desc r i to como os dados que o A rdu ino env ia fo ram

in te rp re tados e u t i l i zados em um computador a t ravés da

l i nguagem de p rogramação Java .

3.1 Implementação do Hardw are

Cabe nes ta subseção a aná l ise de como cada sensor

desc r i to na fundamentação teó r i ca se rá montado de fo rma a

p roduz i r uma le i tu ra cons is ten te no A rdu ino .

3.1 .1 Sensor de Luminosidade

Na fundamentação teór i ca fo i d i to que o fo to res is to r

tem uma res is tênc ia va r iáve l de acordo com a luminos idade

amb ien te . Ass im, pa ra med i r es ta va r iação , bas ta u t i l i za r uma

fon te de tensão. Na seção 2 .4 .1 fo i v i s to que o Ardu ino possu i

um p ino com tensão de sa ída de 5 Vo l t s , espec ia lmen te pa ra

sup r i r a té 40mA de cor ren te pa ra c i r cu i t os ex te rnos . Es te p ino

será a fon te de tensão u t i l i zada pa ra faze r a med ição do

fo to res is to r .

Po rém, o Ardu ino possu i apenas p inos pa ra med i r a

tensão em re lação ao te r ra do p róp r io A rdu ino e , po r tan to ,

não é poss íve l med i r a co r ren te de fo rma d i re ta . Pa ra faze r

es ta med ição , f o i necessá r ia a u t i l i zação de ou t ro res is to r em

sér ie com o fo to res is to r , de fo rma que par te da tensão

ap l icada f i ca rá sob re o res i s to r , cu ja res is tênc ia é cons tan te ,

22

e ou t ra pa r te da tensão f ica rá sob re o fo to res is to r . Como a

res is tênc ia do fo to res is to r é va r iáve l , a tensão sob re es te

componente i rá va r ia r p ropo rc iona lmente . Es ta montagem

pode se r v i sua l i zada aba ixo .

Nes ta f i gu ra , R cor responde a um res is to r de

res is tênc ia cons tan te , FR é o fo to res is to r e as conexões

5Vo l t s , GND e Ana log inpu t es tão conec tadas aos p inos

cor respondentes na p laca A rdu ino . Na imp lementação a tua l do

p ro je to , o Ana log Inpu t que cor respondente à le i tu ra do

fo to res is to r é o Ana log Inpu t 1 . A pa r t i r des ta mon tagem,

pode -se rea l i za r uma aná l i se po r ma lhas do c i rcu i to , vá l ida

dev ido à le i de Ohm, que enunc ia :

onde V é a tensão ap l i cada , R é a res is tênc ia a qua l a t ensão

V f o i ap l i cada e i é a co r ren te resu l tan te . Pa ra o c i r cu i t o da

f i gu ra 3 , a aná l i se f i ca :

A pa r t i r da co r ren te de te rm inada na equação 1 , é

poss íve l de te rm ina r , novamente a t ravés da le i de Ohm, a

tensão no fo to res is to r :

5V

GND

Analog InputR

FR

Figura 6 - Desenho esquemático para o Fotoresistor.

Fonte: Autoria Própria.

(1)

(2)

23

Ass im, a rb i t rando -se um va lo r pa ra o res i s to r R e ,

sabendo que a tensão V adv inda do A rdu ino é de 5 Vo l t s , tem-

se uma exp ressão pa ra a tensão de sa ída do c i rcu i to

ap resen tado na F igura 6 , dependen te apenas da res i s tênc ia

do Fo to res is to r .

A esco lha de um va lo r de R deve se r f e i ta de fo rma que

ha ja ma io r va r iação poss íve l na le i tu ra da tensão de sa ída ,

aumen tando a p rec isão das med idas . Em expos ição à luz

so la r em um d ia de céu azu l , o f o to res is to r ap resen tou

res is tênc ias menores que 100Ω , j á na abs t inênc ia de luz

chegou a a t ing i r 1 ,5M Ω . Dessa fo rma, é necessá r io res t r ing i r

a f a i xa de va lo res de res is tênc ia com cond ições ma is

p róx imas de uma s i tuação como o p ro je to p ropõe , ou se ja ,

p róx imo de um computado r . Fo i de te rm inado emp i r i camen te

que em uma s i tuação de i lum inação incômoda(pouca luz) ge ra

uma le i tu ra de 30k Ω no fo to res is to r e , uma s i tuação agradáve l

ge ra 8kΩ .

Po r tan to , pa ra me lho r sens ib i l idade en t re a fa i xa de

8kΩ a té 30kΩ fo i esco lh ida uma res is tênc ia em sé r ie de 20kΩ,

que p roduz i rá le i tu ras na fa i xa de 1 ,42 a té 3V no A rdu ino .

Va lo res ma io res que 3V se rão in te rp re tados como uma

s i tuação incomoda pa ra o o lho humano , embora es te va lo r

possa se r a l te rado pe lo usuá r io , à p re fe rênc ia do mesmo. A

ob tenção da fa i xa de va lo res de res is tênc ia será exp l icada em

ma io res de ta lhes na seção 4 .

24

3.1 .2 Sensor de Presença

Como d i to na fundamentação teó r ica , o senso r de

p resença v i sa apenas de tec ta r se há a lguém sen tado em

f ren te ao compu tado r ou não e , por i s to , f o i esco lh ido o bo tão

l i ga /des l i ga .

Pa ra me lhora r a sens ib i l idade des te senso r , de fo rma a

ev i ta r uma s i tuação na qua l há a lguém sen tado e o senso r não

de tec te , f o ram u t i l i zados t rês bo tões , para aumenta r a chance

de que pe lo menos um es te ja p ress ionado , na con f igu ração a

segu i r :

Nes ta f i gu ra , ass im como na f i gu ra 6 , as conexões 5V ,

GND e D ig i ta l I npu t es tão conec tadas aos p inos

cor respondentes na p laca Ardu ino . No es tág io a tua l do

p ro je to , D ig i ta l Inpu t es tá conec tado ao p ino D ig i ta l Inpu t 0 no

A rdu ino . O res i s to r R é um res is to r de 1MΩ , u t i l i zado apenas

pa ra mante r a le i tu ra em ze ro Vo l t enquan to nenhum dos

bo tões S1 , S2 ou S3 es tá p ress ionado. Os p inos

remanescen tes dos bo tões serão cor tados pa ra ev i ta r cu r tos-

c i r cu i tos indese jados .

5V

GND

Digital Input

S1

S2

S3

R

Figura 7 - Desenho esquemático do sensor de presença.

Fonte: Autoria Própria.

25

Na con f iguração ap resen tada na f igu ra 7 , caso qua lque r

um dos t rês bo tões se ja p ress ionado , a le i tu ra env iada pa ra o

p ino D ig i ta l Inpu t 0 do A rdu ino será de 5 Vo l t s , o que será

l i do como “H IGH”, v i s to que p inos d ig i ta i s podem le r apenas

“H IGH”(A l to ) ou “LOW ”(Ba ixo) .

Supondo que , se houve r um ind iv íduo sen tado sobre o

assen to no qua l es te senso r es tá ins ta lado , pe lo menos um

dos bo tões fo r p ress ionado , a le i tu ra se rá de “HIGH” e , caso

con t rá r io , “LOW ”. Po r tan to , o senso r es tá cumpr indo sua

função bás ica : de tec ta r a p resença de uma pessoa sen tada no

assen to de um computado r . A u t i l i zação des te dado pe lo

A rdu ino e pe lo So f twa re Java se rá desc r i ta pos te r io rmente .

3.1 .3 Sensor de D is tância

No con tex to des te p ro je to , o senso r de d i s tânc ia é

responsáve l po r de tec ta r a p rox im idade de um usuá r io ,

sen tado em f ren te a um computado r , de fo rma a de tec ta r uma

pos ição danosa a co luna ve r teb ra l ou a té mesmo à v i são .

O sensor u t i l i zado nes te p ro je to , mode lo GP2Y0A02YK

da Sha rp , segue os p r inc íp ios desc r i tos na fundamentação

teór i ca , na seção 2 .3 , e possu i um c i rcu i t o in te rno que

conve r te a le i tu ra da co r ren te ge rada pe la inc idênc ia de

fó tons po la r i zados no PSD em uma tensão de sa ída na fa i xa

de 0 ,5V a 3V. Aba ixo , o desenho bás ico des te sensor , v i s to da

pa r te in fe r io r (med idas em m i l ímet ros) .

26

Figura 8 - Desenho da parte inferior do sensor de Distância

Fonte: GP2Y0A02YK Datasheet.

Pa ra ac iona r es te sensor , bas ta conec tá - lo a uma

a l imentação de 5 Vo l t s no p ino marcado como 1 na f i gu ra

ac ima e te r ra no p ino cen t ra l . O va lo r da le i tu ra a tua l se rá a

tensão de sa ída d i spon íve l no p ino numerado com 3 na f i gu ra .

No caso des te p ro je to , a a l imentação de 5 Vo l ts se rá

sup r ida pe lo A rdu ino , ass im como a l i gação te r ra , e a le i tu ra

da tensão de sa ída se rá fe i ta po r um p ino de Inpu t ana lóg ico .

No es tado a tua l do p ro je to , o p ino co r respondente à le i tu ra

des te senso r é o Ana log Inpu t 0 .

Es te senso r possu i os l im i tes para med ição en t re 20cm

e 150cm, idea l pa ra a s i tuação p ropos ta pe lo p ro je to . A

tensão de sa ída pa ra cada d is tânc ia pode se r expressa pe lo

g rá f i co a segu i r , re t i rado do da tashee t do senso r 7, ass im como

o desenho ac ima.

7 Link nas referências bibliográficas.

27

Figura 9 - Gráfico da tensão de saída em função da distância.

Fonte: GP2Y0A02YK Datasheet.

Es te g rá f ico se rá u t i l i zado pa ra conve r te r as le i tu ras de

tensão que se rão env iadas para o so f twa re Java . Es te

p rocesso de conve rsão será exp l icado na seção 3 .2 .2

3.2 Implementação do Sof tw are

Nes ta subseção se rá desc r i ta a imp lemen tação do

so f twa re no A rdu ino e no computado r , a t ravés da l i nguagem

Java , a lém do t ra tamento e u t i l i zação dos dados co le tados

dos senso res da fo rma desc r i ta nas subseções an te r io res .

3.2 .1 Sof tw are Arduino

O Ardu ino , nes te p ro je to , é responsáve l pe la co le ta de

dados, mas não faz nenhum t ipo de aná l ise nos mesmos, es ta

é fe i ta pe lo so f twa re Java , exp l icado na p róx ima subseção .

Po r tan to , o A rdu ino deverá apenas co le ta r dados ana lóg icos,

conve r tê - los em s ina is d ig i ta i s e env iá - los a um computado r

a t ravés de uma po r ta USB. Como já d i t o an te r io rmente , os

in tegran tes da equ ipe que desenvo lveu es te p ro je to não

28

possuem conhec imento su f ic ien te pa ra desenvo lve r es ta pa r te

do p ro je to sem o aux í l io do A rdu ino , no es tág io a tua l do

curso . Tendo i s to em v i s ta , uma exp l i cação de ta lhada des te

p rocesso de conve rsão A /D (ana lóg ico -d ig i ta l ) não será fe i ta

nes ta monogra f ia . Caso ha ja a necess idade de consu l ta r como

func iona esse p rocesso de ta lhadamente , bas ta consu l ta r o

s i te o f i c ia l do A rdu ino , d i spon íve l nas re fe rênc ias .

O cód igo imp lementado e execu tado no Ardu ino v i sa le r

os dados dos t rês senso res , in ic ia r uma conexão ser ia l com

um computado r e env ia r , a cada segundo, uma méd ia

cons is ten te dos va lo res l i dos , a lém de cod i f i ca r cada le i tu ra

de fo rma que se ja poss íve l iden t i f i ca r qua l sensor cada

número se re fe re na recepção dos dados no cód igo Java .

Pa ra desenvo lve r um cód igo que cumpra es tes

ob je t i vos , como já menc ionado an te r io rmente , f o i u t i l i zada a

documentação d ispon íve l no s i te o f ic ia l do A rdu ino ,

j un tamen te com a in te r face P rocess ing. V isando uma me lhor

aná l ise do cód igo , es te fo i t ranscr i to aba ixo , p r ime i ramente .

Código:

01. void setup()02. Serial.begin(4800);03. 04. void loop()05. int n1=0;//Presença06. int n2=0;//Distancia07. int n3=0;//Foto08. for(int i = 0;i<10;i++)09. n1 += digitalRead(0);10. n2 += analogRead(0);11. n3 += analogRead(1);12. delay(100);1 3 . 1 4 . S e r i a l . p r i n t ( ' a ' ) ;1 5 . S e r i a l . p r i n t ( n 1 / 1 0 ) ;1 6 . S e r i a l . p r i n t ( ' a ' ) ;1 7 . S e r i a l . p r i n t ( n 2 / 1 0 ) ;1 8 . S e r i a l . p r i n t ( ' a ' ) ;1 9 . S e r i a l . p r i n t ( n 3 / 1 0 ) ;2 0 . S e r i a l . p r i n t l n ( ' e ' ) ;2 1 .

29

Este cód igo cons is te de duas funções : Se tup e Loop . A

função se tup é execu tada somen te uma vez du ran te a

execução do cód igo e é responsáve l po r in i c ia r uma conexão

ser ia l com o compu tado r , a t ravés de uma po r ta USB. A função

loop , que se rá execu tada vá r ias vezes du ran te o a execução

do cód igo , f a rá le i tu ras pe r iód icas dos p inos do Ardu ino .

Na função loop , as l inhas 5 , 6 e 7 c r iam novas va r iáve is

pa ra a rmazenar va lo res in te rmed iá r ios de le i tu ra de dados.

Como o comentá r io suge re , n1 , n2 e n3 são

responsáve is por a rmazenar , respect i vamen te , o va lo r da

le i tu ra do sensor de p resença , do senso r de d is tânc ia e do

fo to res is to r . O loop “ fo r ” , in i c ia l i zado na l i nha 8 , execu ta rá

dez vezes as le i tu ras rea l i zadas nas l inhas 9 , 10 e 11 uma

vez a cada 100 m i l i ssegundos, to ta l i zando 10 le i tu ras pa ra

cada senso r por segundo. Como o sensor de p resença

ind ica rá apenas se há ou não um ind iv íduo sen tado no

assen to do compu tado r , es ta le i tu ra é um va lo r d ig i ta l ,

b iná r io , 1 ou ze ro e , po r isso , é l ida com o método

d ig i ta lRead. Os ou t ros do is senso res , porém, fo rnecem

le i tu ras ana lóg icas de in tens idade va r iáve l e , po r i sso , são

l i das com o método ana logRead. Da l inha 14 a té a l inha 20

temos, f ina lmente , o env io dos dados co le tados pa ra o

computado r . As l inhas 14 , 16 e 18 inse rem um ca rac te re “a ”

en t re cada um dos va lo res de cada senso r , sepa rando -os ,

to rnando ma is fác i l a iden t i f i cação de qua l va lo r co r responde

a cada senso r na imp lementação do p rograma em Java . As

l i nhas 15 , 17 e 19 d i v idem os va lo res l idos por 10 , para

rea l i za r a méd ia das le i tu ras , e os env iam pe la conexão

ser ia l . F ina lmente , a l inha 21 env ia o ca rac te re “e ” , pa ra

ind ica r o f ina l da le i tu ra .

A méd ia das le i tu ras rea l i zada pe lo cód igo não é

necessá r ia , mas reduz o e fe i t o de var iações indese jáve is

30

causadas po r in te r fe rênc ias ex te rnas , t o rnando as le i t u ras

f ina is ma is l impas.

Em s ín tese , es te cód igo faz dez le i tu ras por segundo de

cada senso r , env iando a méd ia des tes va lo res a t ravés de uma

conexão se r ia l po r USB para um computado r a cada segundo .

No caso da le i tu ra d ig i ta l , a méd ia resu l ta rá em va lo r

ve rdade i ro somente se o sensor de peso permanece r a t i vado

du ran te todas as dez le i tu ras , ou se ja , um segundo.

3.2 .2 Sof tw are Java

O cód igo em Java pode se r d i v id ido em t rês par tes

fundamenta is : receb imento dos dados, in te r face g rá f i ca e

u t i l i zação dos dados. A t ransc r ição do cód igo não será fe i ta

dev ido ao e levado numero de l inhas do mesmo.

O receb imento dos dados é fe i to a t ravés da b ib l io teca

RXTXcomm, uma adaptação da b ib l i o teca JavaComm pa ra

W indows, com imp lementações compat íve is . Essa b ib l io teca

pe rm i te a comun icação com a por ta se r ia l , que é onde os

dados do A rdu ino são receb idos . Os endereços e le t rôn icos

pa ra ambas es tão d ispon íve is nas re fe rênc ias b ib l iog rá f i cas .

A pa r t i r des ta b ib l i o teca , é poss íve l ob te r um ob je to da c lasse

Inpu tS t ream, a t ravés do qua l os dados ob t idos do Ardu ino

podem se r l idos . Es tes dados podem ser , en tão , conve r t i dos e

ex ib idos na in te r face grá f ica . Para o senso r de p resença e o

senso r de lum inos idade , não fo ram fe i tas conve rsões , porém,

pa ra o senso r de d is tânc ia , a le i tu ra fo i conver t ida para a

d is tânc ia co r respondente , em cen t íme t ros , da segu in te fo rma:

fo i usado o g rá f i co d i spon íve l no da tashee t do senso r ; a pa r t i r

desse , f o i de f in ido qua l cu rva me lho r se adap ta , que resu l tou

na equação :

31

onde d é a d is tânc ia em cen t íme t ros e V a tensão , em Vo l ts .

Essa equação é u t i l i zada no p rograma Java , que recebe um

va lo r de 0 a 1023 do Ardu ino , mu l t ip l i ca por 4 ,9mV, que é a

sens ib i l idade do A rdu ino , e ob tém o va lo r em Vo l t s , pa ra

ap l ica r na fó rmu la ac ima.

A in te r face g rá f i ca é cons t i tu ída de t rês seções ,

sepa radas ve r t ica lmente po r l inhas . Cada uma das seções

cor responde a um senso r e possu i as opções de con f igu ração

de cada um de les . A imagem a segu i r , re t i rada do p rograma

em execução , a juda rá na desc r ição des tas funções .

32

Figura 10 – Imagem do software Java em operação.

Fonte: Autoria Própria.

Como se pode ver ac ima, as 3 seções con tém a opção

de se lec iona r se o senso r es tá a t ivado ; uma ba r ra de des l i za r

pa ra se lec iona r o va lo r c r í t i co ; um campo most rando a le i tu ra

a tua l ; e as ações a se rem tomadas.

Se o senso r es t i ve r a t i vado , a cada segundo oco r re uma

a tua l i zação da le i tu ra a tua l , de aco rdo com os va lo res que o

A rdu ino env ia . Essa le i tu ra é most rada logo aba ixo do nome

do senso r , no can to d i re i to . Na f igu ra ac ima, po r exemplo , o

33

senso r de p resença de tec tou 1 , imp l icando que hav ia a lguém

sen tado ; a le i tu ra a tua l do senso r de d is tânc ia e ra 45 , ou

se ja , a d is tânc ia de tec tada fo i de 45cm; já o senso r de

luminos idade ap resen tava uma le i tu ra de 272 .

Na f i gu ra , é poss íve l observa r que ex is tem opções de

ações pa ra cada senso r . Para o senso r de p resença , ex i s tem

duas ações poss íve is , que podem ser p rogramadas. No caso

ac ima , o sensor mos t ra r ia um popup após 10 segundos da

de tecção de uma le i tu ra 0 (ausênc ia do usuár io ) e ou t ro após

20 segundos, na mesma cond ição . Out ras opções , po r

exemplo , se r iam des l iga r o mon i to r , co loca r em es tado de

espe ra e des l i ga r o computado r .

No caso do sensor de d is tânc ia , es tá se lec ionado o

va lo r c r í t i co de 30cm, que pode se r recon f igu rado de aco rdo

com o pos ic ionamen to do mon i to r e da cade i ra do usuá r io . Se

a d i s tânc ia med ida fo r menor que 30cm, o p rograma most ra rá

um av iso imed ia tamente , a t ravés de uma jane la popup . Out ros

exemplos , que a inda não fo ram imp lementados , se r iam o

av iso sono ro e a mudança de con t ras te .

F ina lmen te , pa ra o sensor de lum inos idade , o n íve l

c r í t i co es tá em 600 , mas es te é a t i vado quando a le i tu ra é

ma io r que o va lo r c r í t i co , po is quan to ma is escu ro , ma io r é a

le i tu ra . Logo , se oco r resse uma le i tu ra de 627 , po r exemplo , o

p rograma most ra r ia um popup a le r tando que o n íve l de

i l um inação es tá insu f i c ien te . Novamente , esse n íve l c r í t i co

pode se r con f igu rado , de aco rdo com a p re fe rênc ia do

usuá r io . Possu i as mesmas ações do senso r de d is tânc ia .

Caso um sensor es te ja desa t i vado , no luga r de “Le i tu ra

a tua l : va lo r ” aparecerá em verme lho “Sensor desa t i vado ” , e

nenhuma ação será tomada, independente dos va lo res

receb idos .

34

4. Operação do Conjunto

Nes ta seção se rão d iscu t idos aspec tos sob re o

func ionamento do p ro je to como um todo , a lém de ana l isa r por

que o s i s tema é uma me lho r ia com re lação a um computado r

sem o mesmo.

Pr ime i ramen te , cabe uma aná l i se das cond ições

recomendadas de ope ração do p rodu to f ina l do p ro je to , ou

se ja , dos t rês sensores , do A rdu ino e do p rograma em Java . O

s i s tema fo i p ro je tado pa ra se r u t i l i zado em um ambien te

es tá t i co , ou se ja , em um computado r Desk top l i gado a uma

rede e lé t r i ca . O senso r de p resença deve rá se r acop lado ao

assen to do compu tado r em ques tão de fo rma que se ja

ac ionado quando um ind iv íduo sen te -se sobre o assen to . O

senso r de d is tânc ia pode se r acop lado na pa r te in fe r io r do

v i so r do mon i to r , com suas len tes d i rec ionadas ao encos to . O

fo to res is to r deve ser acop lado fo ra da á rea de inc idênc ia de

ra ios de luz do mon i to r , pa ra ev i ta r que a i l uminação

p roduz ida po r es te a fe te as med idas de res is tênc ia do

fo to res is to r . Um exemplo de ta l pos ic ionamento é o topo do

mon i to r . O A rdu ino deve rá f i ca r den t ro do compr imento

máx imo das l i gações da p laca com cada senso r .

Fe i to o pos ic ionamento , o A rdu ino deve ser conec tado

ao compu tado r a t ravés de um cabo USB e o so f twa re em Java

execu tado no mesmo. O usuár io pode , f ina lmente , con f igu ra r

a ope ração do s is tema a t ravés do so f twa re em Java às suas

p re fe rênc ias , levando em cons ideração a func iona l idade do

p rograma, desc r i ta na seção an te r io r .

Na seção sob re espec i f i cações do A rdu ino , f o i d i to que

os p inos de a l imen tação da p laca são capazes de sup r i r 5V

cons tan tes , com uma co r ren te l im i te de 40mA. Vá r ios tes tes

35

empí r icos ind ica ram que a máx ima co r ren te consum ida po r

todo o s is tema desc r i to nes te p ro je to , sob as cond ições

recomendadas de ope ração , não u l t rapassa 30mA, o que es tá

den t ro do l im i te de ope ração e , po r tan to , não compõe uma

s i tuação de ins tab i l idade pa ra o s is tema.

A ú l t ima aná l ise necessá r ia com re lação à ope ração do

s i s tema res ide no cumpr imen to do ob je t i vo do p ro je to , ou

se ja , res ta ana l i sa r se o s is tema rea lmente rep resen ta uma

me lho ra na exper iênc ia do usuá r io . Es ta aná l i se será fe i ta

pa ra cada um dos sensores .

A ma io r ia dos s i s temas ope rac iona is possu i um

so f twa re responsáve l por de tec ta r a p resença do usuá r io ,

baseado na ausênc ia de a t i v idade no tec lado ou mouse .

Po rém, es te s is tema não é de g rande e f ic iênc ia , po is , caso o

usuá r io es te ja ass is t indo um v ídeo ou f i lme, po r exemp lo , não

é necessá r ia nenhuma a t i v idade no tec lado tampouco no

mouse e é poss íve l que oco r ra uma fa lsa de tecção de

ausênc ia do usuá r io , o que não acon tece rá com o nosso

s i s tema, v i s to que o usuá r io es ta rá , supos tamente , sen tado e ,

po r tan to , p ress ionando o sensor de p resença .

Já com re lação ao senso r de d is tânc ia , ex i s tem mu i tos

a r t i gos que d iscu tem a má pos tu ra de usuá r ios de

computado res Desk top e poss íve is p rob lemas que es ta

pos tu ra pode acar re ta r , ma is comumente na co luna ve r teb ra l ,

causados pe la não u t i l i zação do encos to da cade i ra . Um

exemplo des te t ipo de pesqu isa fo i o vo lume 41 do Amer ican

Jou rna l o f Indus t r ia l Med ic ine , cu ja pesqu isa , rea l izada com

32 usuá r ios de computado r , demonst rou resu l tados pos i t i vos

quan to a p rob lemas muscu la res e esque lé t icos dev ido a má

pos tu ra du ran te a u t i l i zação de computado res por longos

pe r íodos de tempo . A não u t i l i zação do encosto imp l i ca em

uma pos ição na qua l a co luna f i ca inc l inada pa ra f ren te e a

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par te supe r io r do co rpo f i ca , po r tan to , ma is p róx ima do

mon i to r . Es ta ma io r p rox im idade pode se r , en tão , de tec tada

pe lo senso r de d is tânc ia , ge rando um a le r ta pa ra o usuár io .

I s to cu lm ina na co r reção do pos ic ionamen to do usuá r io , o que

pode rá ev i ta r p rob lemas e do res fu tu ras na co luna ve r teb ra l .

O sensor de lum inos idade fo i ad ic ionado ao p ro je to sob

a supos ição de que a u t i l i zação de um computador Desk top

em cond ições adve rsas de i l um inação pode causar danos a

v i são humana. Es ta supos ição advém do fa to de que , em um

amb ien te com pouca i lum inação , as pup i las dos o lhos se

d i la tam v isando poss ib i l i ta r a ma io r en t rada de luz pa ra a

re t ina . I s to , f ren te a um mon i to r l i gado , causa r ia a en t rada

excess iva de ra ios de luz em i t idos pe lo mon i to r , te rm inando

po r causa r danos à v i são . No en tan to , não fo ram encon t rados

tex tos c ien t í f i cos de fon tes con f iáve is que p rovem es te fa to .

Fo i dec id ido , porém, man te r es te senso r no p ro je to dev ido ao

ob je t i vo ma io r do mesmo, o ap rend izado . Levando is to em

cons ide ração , os n íve is m ín imos de i lum inação aba ixo do qua l

f o i cons iderada uma s i tuação de i l uminação incômoda na

seção 3 .1 .1 fo ram de te rm inados a rb i t ra r iamente . Como is to

pode se r mu i to pessoa l , cabe a cada usuá r io de te rm ina r qua l

n íve l de i lum inação lhe é incomodo e con f igu rá - lo no so f twa re

em Java .

37

5. Considerações F ina is

De uma fo rma ge ra l , f o i poss íve l conc lu i r o ob je t i vo

p r inc ipa l do p ro je to e p roduz i r um p ro tó t ipo f ina l es táve l e

to ta lmente func iona l , a lém da equ ipe te r ob t ido d i ve rsos

novos conhec imen tos em e le t rôn ica , espec ia lmen te com

re lação a senso res e de tecção , o que cons t i tu ía a ma io r

mot i vação do p ro je to .

Também fo i poss íve l conc lu i r que o s i s tema rep resen ta

uma me lho ra cons ide ráve l quan to à expe r iênc ia de usuá r io ,

que se es tende desde a redução dos gas tos de ene rg ia

e lé t r i ca a té a co r reção da má pos tu ra , f reqüen te no co t id iano

de usuá r ios de computado r .

Po rém, o p ro je to não es tá a tado ao p ro tó t ipo f i na l

desenvo lv ido , es te podendo ser es tend ido pa ra d i ve rsas

ou t ras ap l icações , a t ravés da u t i l i zação de ma is senso res . O

p ro je to e o p ro tó t ipo desenvo lv idos apenas most ram que a

idé ia fundamenta l po r t rás do p ro je to , de que a exper iênc ia de

usuá r io pode se r me lho rada a t ravés da u t i l i zação de

senso res , é p laus íve l .

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Referências Bib l iográ f icas

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