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FACULDADE DE TECNOLOGIA DO PIAUÍ FATEPI CURSO DE BACHARELADO DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO KHALIL SAREV LOPES VERA CRUZ USO DA PLATAFORMA ARDUÍNO NO DESENVOLVIMENTO DE ATIVAÇÃO AUTOMÁTICA DE UM UMIDIFICADOR DE AR TERESINA PI 2016

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FACULDADE DE TECNOLOGIA DO PIAUÍ – FATEPI

CURSO DE BACHARELADO DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO

KHALIL SAREV LOPES VERA CRUZ

USO DA PLATAFORMA ARDUÍNO NO DESENVOLVIMENTO DE ATIVAÇÃO

AUTOMÁTICA DE UM UMIDIFICADOR DE AR

TERESINA – PI

2016

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KHALIL SAREV LOPES VERA CRUZ

USO DA PLATAFORMA ARDUÍNO NO DESENVOLVIMENTO DE ATIVAÇÃO

AUTOMÁTICA DE UM UMIDIFICADOR DE AR

Monografia apresentada à Faculdade de

Tecnologia do Piauí – FATEPI, como

requisito parcial para a obtenção do grau de

Bacharel em Sistemas de Informação.

Orientador: Prof. Me. Alinson Sousa de

Assunção.

TERESINA – PI

2016

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KHALIL SAREV LOPES VERA CRUZ

USO DA PLATAFORMA ARDUÍNO NO DESENVOLVIMENTO DE ATIVAÇÃO

AUTOMATICA DE UM UMIDIFICADOR DE AR

Monografia apresentada à Faculdade de

Tecnologia do Piauí – FATEPI, como

requisito parcial para a obtenção do grau de

Bacharel em Sistemas de Informação.

Aprovado em: 21 de dezembro de 2016.

BANCA EXAMINADORA

________________________________________________________

Profᵒ. Me. Alinson Sousa de Assunção

Orientador

Faculdade de Tecnologia do Piauí – FATEPI

________________________________________________________

Profª. Esp. Renata Marreiros Leal Lopes

1ª Examinadora

Faculdade de Tecnologia do Piauí – FATEPI

________________________________________________________

Profº. Dr. Antonio Helson Mineiro Soares

2° Examinador

Faculdade de Tecnologia do Piauí – FATEPI

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Às minhas avós Maria da Ressurreição (Dedê) e

Teresinha de Jesus Lopes (in memorian); À

minha mãe Clayde por sempre estar comigo

cuidando e apoiando. Também àquela com quem

pretendo passar o resto da vida, Lara, que me deu

apoio e incentivo para concluir o curso.

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AGRADECIMENTOS

À Deus, por estar sempre presente em minha vida, por ter me dado saúde e força nos

momentos difíceis.

À minha mãe Clayde, por tudo que fez por mim, por sempre me apoiar e me

incentivar a terminar os estudos e por estar perto quando precisei.

Ao meu pai Manoel pela ajuda durante esse tempo, sou muito grato.

Aos meus amigos, minha gratidão.

A minha namorada e futura noiva e esposa Lara por sempre me incentivar a terminar

o curso e estar ao meu lado, meu especial carinho.

Ao pessoal da TI do Tribunal do Trabalho pelo aprendizado durante os dois anos de

estágio.

Ao meu orientador Alinson Assunção por compartilhar sua experiência, orientando-

me e mostrando os pontos em que deveriam ser melhorados o trabalho.

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O sucesso é uma consequência e não um objetivo.

Gustave Flaubert

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RESUMO

A baixa umidade do ar é um problema que aflige diversas regiões do globo, como o sertão

brasileiro e os desertos na África. Isso provoca danos à saúde humana, e foi a partir desse

ponto que se deu a necessidade de desenvolver um dispositivo que monitorasse a umidade do

ar e que acionasse um umidificador automaticamente. A melhor forma de criar um protótipo

com um baixo custo foi através da plataforma Arduino UNO, que é uma plataforma open

source, a qual utiliza uma linguagem de programação simples para a sua calibragem para que

os componentes se comuniquem entre si. O estudo foi realizado em um cômodo fechado (que

é um ambiente onde as pessoas passam boa parte do tempo ao longo do dia, seja em casa ou

no trabalho). É através do acoplamento dos componentes à placa Arduino que o sensor

monitora constantemente a umidade do ar e emite um alerta sono e visual, o qual indica que a

umidade está com um nível baixo e a partir daí possa acionar automaticamente o

umidificador. Ao final do estudo, observou-se que o objetivo inicial foi alcançado com o êxito

do funcionamento do protótipo.

Palavra-chave: Arduino UNO. Umidade do ar. Sensor. Protótipo.

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ABSTRACT

Low moisture is a problem that worries many places around the world, such as the Brazilian

backwoods and the deserts from Africa and induce some problems to the human health ,thus,

there been the necessity to develop a device who had control the moisture and would trigger

automatically an air humidifier, and the best way to create a prototype with a low cost it was

through the Arduino UNO platform, which is an open source platform that uses a simple

programming language to its calibration so that the components to communicate each other.

The study was performed in a closed room, which is an environment where people spend

most of their time all day long, be at home or at work, through the components junction to the

Arduino board, the sensor constantly controls the humidity and emits an audible and visual

warning that moisture is with a low level and automatically activates the humidifier. At the

end of the examination, noticed the initial objective was obtained with the success of the

prototype operation.

Keyword: Arduino UNO. Air moisture. Sensor. Prototype.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Índice de umidade e alguns cuidados .......................................................................14

Figura 2: Evolução do Arduino ................................................................................................15

Figura 3: Arduino UNO ...........................................................................................................16

Figura 4: Interface do Arduino IDE .........................................................................................18

Figura 5: Botões da interface do Arduino IDE ........................................................................18

Figura 6: Esquema do protótipo................................................................................................21

Figura 7: Componentes utilizados.............................................................................................22

Figura 8: Microcontrolador ATMEGA328 ..............................................................................27

Figura 9: Código para teste do buzzer......................................................................................30

Figura 10: Display LCD em funcionamento

.............................................................................31

Figura 11: Código para testar o display LCD

............................................................................32 Figura 12: LED

ligado...............................................................................................................32 Figura 13:

Código para teste do sinal luminoso........................................................................33 Figura 14:

Código para leitura do sensor .................................................................................34 Figura 15:

Relé acionado..........................................................................................................34 Figura 16:

Código para teste do relé.........................................................................................35 Figura 17:

Código final.............................................................................................................36 Figura 18:

Dados de leitura no monitor serial ..........................................................................37

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LISTA DE ABREVIATURAS

AD Analógico/ Digital

AVCC Referência de alimentação do conversor AD

AREF Referência de tensão para entradas analógicas

FTDI Future Technology Devices International

GND Ground (terra)

ICSP In Circuit Serial Programming

IDE Integrated Development Environment

LCD Liquid Crystal Display

LED Light Emitting Diode

NTC Negative Temperature Coefficient

Ua Umidade atual

UR Umidade Relativa

Us Umidade de saturação

USB Universal Serial Bus

Vin Voltage Input

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO....................................................................................................................12

2 UMIDADE DO AR E PLATAFORMA ARDUINO.........................................................14

2.1 UMIDADE DO AR E A SAÚDE HUMANA ...................................................................14

2.2 PLATAFORMA ARDUINO .............................................................................................15

2.2.1 Arduino UNO ................................................................................................................16

2.2.2 Software IDE (Integrated Development Environment) …………...………………....18

2.3 SENSOR DE UMIDADE E TEMPERATURA DHT11 ………………………………...20

3 METODOLOGIA ..............................................................................................................21

3.1 MATERIAL UTILIZADO ................................................................................................21

3.1.1 Funcionalidades .............................................................................................................22

3.1.2 Componentes .................................................................................................................22

3.1.2.1 Módulo Relé .................................................................................................................22

3.1.2.2 Sensor DHT11 ..............................................................................................................23

3.1.2.3 Cabo usb .......................................................................................................................23

3.1.2.4 Buzzer ..........................................................................................................................23

3.1.2.5 Jumpers ........................................................................................................................23

3.1.2.6 LED ..............................................................................................................................23

3.1.2.7 Display LCD 16x2 .......................................................................................................24

3.1.2.8 Protoboard 830 pontos .................................................................................................24

3.1.2.9 Umidificador de ar .......................................................................................................24

3.2 ETAPA DA CONSTRUÇÃO ............................................................................................24

3.2.1 Montagem ......................................................................................................................25

3.2.1.1 Estrutura .......................................................................................................................25

3.2.1.2 Elementos de sintaxe ....................................................................................................25

3.2.1.3 Variáveis ......................................................................................................................26

3.2.1.4 Constantes ....................................................................................................................26

3.2.1.5 Funções de entrada e saída digitais ..............................................................................26

3.2.1.6 Funções de tempo .........................................................................................................26

3.2.1.7 Comunicação serial ......................................................................................................27

3.2.1.8 ATMEGA328 ...............................................................................................................27

4 TESTES E RESULTADOS ................................................................................................30

4.1 TESTE COM BUZZER .....................................................................................................30

4.2 TESTE COM TELA LCD 16X2 .......................................................................................31

4.3 TESTE COM SINAL LUMINOSO ...................................................................................32

4.4 TESTE COM SENSOR DHT11 ........................................................................................33

4.5 TESTE COM MÓDULO RELÉ ........................................................................................34

4.6 TESTE FINAL, DISPOSITIVO FUNCIONANDO ..........................................................35

4.7 RESULTADOS ..................................................................................................................37

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................ 39

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REFERÊNCIAS .....................................................................................................................40

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12

1 INTRODUÇÃO

A tecnologia atualmente vem evoluindo a largos passos em todas as áreas. A cada

dia, novos dispositivos e componentes são criados para facilitar a vida das pessoas. Em

virtude da necessidade e dependência desses dispositivos no dia-a-dia, vê-se a necessidade de

eles serem cada vez menores e portáteis, mas de tal maneira que não percam sua qualidade e

eficiência devido a isso. Assim, um meio de desenvolvedores amadores e profissionais

criarem dispositivos para diversos fins é através da plataforma de prototipagem Arduino, que

é uma plataforma de baixo custo.

E é esse baixo custo que estimula os desenvolvedores a criarem dispositivos que

sejam úteis para as pessoas. Tais dispositivos podem atuar como ferramentas de trabalho ou

simplesmente para conforto e comodidade.

Tendo em vista melhoria no bem-estar, assuntos relativos à saúde possuem certa

importância. Com as mudanças que o clima vem sofrendo, regiões mais quentes e secas

apresentam umidade relativa do ar em níveis baixos, como na região nordeste do Brasil,

principalmente na área conhecida como sertão nordestino. Quando atingem níveis muito

baixos, esses se tornam nocivos à saúde. O Arduino pode ser utilizado para a criação de algo

que possa amenizar esse problema.

Esse pequeno computador pode ser programado para que se processem entradas e

saídas entre ele e os componentes externos que estejam ligados ao mesmo. A placa é o que

chamamos de uma plataforma de computação embarcada ou física, quer dizer que é um

sistema que pode fazer interação por meio de hardware e software com seu ambiente

(MCROBERTS, 2011).

O trabalho ora realizado utilizou essa plataforma para a construção de um dispositivo

protótipo que monitora a umidade relativa do ar de um ambiente fechado, alertando quando o

seu nível atinge um valor nocivo à saúde e ativando o funcionamento de um umidificador de

ar. Foi utilizado como objeto de estudo a plataforma Arduino UNO para a construção do

mesmo.

Logo a princípio, o seguinte problema veio: Como construir um dispositivo que

monitore a umidade do local e acione um umidificador caso atinja níveis prejudiciais à saúde?

Visto isso, foi traçado o objetivo geral de desenvolver um dispositivo sensor que monitore

constantemente a umidade do local e acione um umidificador de ar caso os níveis fiquem

muito baixos. Os específicos de verificar a melhor forma de integrar a placa Arduino UNO

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com um sensor de umidade e o umidificador de ar, para que ele possa ser acionado. Também

observar a eficiência em ambiente fechado do sensor de umidade e do dispositivo criado.

Após pesquisas, a seguinte hipótese foi levantada: Montar um dispositivo que

monitore a umidade do ar de um ambiente fechado através de sensores interligados à

plataforma Arduino UNO; ligar um umidificador de ar que possa ser acionado quando o nível

de umidade estiver abaixo de um nível programado.

Com isso, o desenvolvimento desse trabalho é justificado pela necessidade de

desenvolver algo que possa ser útil a saúde das pessoas em locais fechados. Principalmente

em locais onde o clima é bastante seco, como na região do sertão do nordeste brasileiro, onde

os níveis de umidade do ar atingem níveis bastante baixos podendo causar problemas de

saúde. Devido a isso, observou-se a necessidade de desenvolver um dispositivo protótipo que

monitore a umidade do ar em um local fechado, como o cômodo de uma casa, e ligue um

umidificador de ar caso o nível de umidade fique muito baixo, que caso mostre-se eficiente,

seu código servirá para a programação de micro controladores mais simples e baratos que

possam ser ligados diretamente a um umidificador normal transformando-o em automático.

Este trabalho está estruturado em 5 (cinco) capítulos. O capítulo 1 consiste na introdução, em

que são explanados o problema, os objetivos e as justificativas. No capítulo 2, é feita uma

abordagem teórica por meio de pesquisas bibliográficas a respeito de Arduino, de sensores e

sobre umidade relativa do ar. O capítulo 3 mostra o desenvolvimento do dispositivo e sua

montagem, descrevendo a metodologia. No capítulo 4, são descritos os testes e resultados

obtidos. E no capítulo 5, as considerações finais.

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2 UMIDADE DO AR E PLATAFORMA ARDUINO

Os pontos principais são a umidade o ar e a plataforma Arduino para execução do

projeto.

2.1 UMIDADE DO AR E A SAÚDE HUMANA

A presença de água na atmosfera e as mudanças de fases que ela sofre são muito

importantes para a distribuição de calor. A quantidade de vapor de água na atmosfera varia

muito, desde valores baixíssimos, como nos desertos, até valores altos, como os encontrados

nas regiões quentes e úmidas.

O parâmetro utilizado neste trabalho é a umidade relativa do ar que “é definida como

a razão entre o percentual (em número de moléculas) de água no ar pelo percentual que

corresponde à SATURAÇÃO naquela temperatura do ambiente” (SILVEIRA, 2014). Ou seja,

é a razão entre a umidade atual e a umidade de saturação:

𝑈𝑅% =𝑈𝑎

𝑈𝑠∗ 100

A umidade relativa do ar é um fator que afeta os organismos de todos os seres vivos,

pois ela influência no controle de temperatura corporal que:

Segundo a Organização Mundial de Saúde (OMS), o nível ideal para o organismo

humano gira entre 40% e 70%. Acima desses valores, o ar fica praticamente

saturado de vapor d’água, o que interfere no nosso mecanismo de controle da

temperatura corporal exercido pela transpiração (UMIDADE DO AR, 2014).

A umidade estando próximo aos 100%, nosso suor não evapora direito para poder

resfriar o corpo, fazendo com que nossa temperatura fique elevada e podendo fazer com que

ocorra um superaquecimento do corpo, causando mal-estar, cãibras e tonturas (DOS

SANTOS, 2010).

Já quando a umidade relativa do ar está baixa, ela é mais prejudicial à saúde, pois os

gases poluentes têm mais dificuldade de se dispersarem por causa do ar seco. Devido a esse ar

seco, podem surgir incômodos nos olhos, lábios, nariz por ressecar a mucosa deixando-as

sensíveis e sujeitas a irritação, podendo ocasionar feridas e assim deixando mais vulnerável a

vírus e bactérias, que têm uma sobrevivência por maior tempo em ambientes assim.

(BELLATO, 2016).

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Em tempos de muito calor, quando o tempo fica seco e úmido, normalmente as

pessoas sentem os efeitos nocivos causados por esse estado climático, e aquelas que já

possuem problemas respiratórios, necessitam de atenção redobrada.

Quando a umidade relativa do ar se encontra entre 20 e 30%, dizemos que a região

está em estado de atenção. E quando esses valores ficam entre 12 e 20%, chama-se de estágio

de alerta. Já o estado de emergência ocorre quando a umidade fica abaixo de 12%.

(SANTANA, [201-]). A Figura 1, mostra alguns cuidados que se deve ter quando a umidade

está baixa.

Figura 1 – Índice de umidade e alguns cuidados.

Fonte: https://noticias.terra.com.br/climatempo/umidade-do-ar-

baixa,9823c0496fc43601cbd520de20cb8b7bbdujdrnv.html (2016).

2.2 PLATAFORMA ARDUINO

A plataforma Arduino teve início em 2005, e desde essa época até 2011, mais de

150.000 placas já foi vendida, isso as oficiais. Já o número de placas não oficiais deve ser

bem maior, provavelmente superando o número de 500 mil placas vendidas (MCROBERTS,

2011).

De acordo com Abreu (2012), em 2005 um grupo de acadêmicos que buscava a

redução de custos em projetos de microcontroladores, ganhou uma grande evolução e

reconhecimento mundial. A plataforma era simples e somente com comunicação tipo serial

RS232. Já em 2007, o Arduino Diecimilia passou a ter conexão USB. Em 2009, o Arduino

Duemilanove corrigiu vários erros da placa anterior. Em 2010, veio o Arduino UNO, que é a

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placa base mais moderna que conta com mais memória e mais velocidade. Essa é a evolução

do Arduino até 2011, como é exibido na Figura 2:

Figura 2 – Evolução do Arduino.

Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfxPIAH/antonio-diego-monografia-arduino?part=2 (2016).

A origem do Arduino é italiana e seu nome vem da homenagem a um bar onde os

fundadores do projeto se reuniam e é por causa dessa origem que os modelos oficiais das

placas possuem nomes italianos: Uno, Due, Diecimila. Existem também diversos modelos

desenvolvidos por terceiros, já que essa é uma plataforma open hardware (CAMPOS, 2014).

O Arduino é composto por duas partes principais, a placa Arduino que é o hardware

que você trabalha na construção de objetos, e o Arduino IDE que o software que é usado no

computador para transmitir os comandos para a placa (BANZI, 2011).

Assim, o Arduino é um pequeno microcontrolador com um pequeno circuito, é um

computador em um pequeno chip, é muito menos potente que um computador normal, mas é

muito mais barato e útil para construir dispositivos. Mas o sucesso do dele não é apenas por

isso. Há um grande número de placas acessórias chamadas Shields que são compatíveis com o

mesmo, que são encaixadas diretamente na placa evitando o uso de soldas (MONK, 2013).

Ainda de acordo com EVANS (2011), a linguagem de programação utilizada para o

desenvolvimento do Arduino é a linguagem C. A equipe de Arduino desenvolveu uma

biblioteca de programação para a placa, contendo conjunto de funções que tornam a

programação da placa mais fácil.

2.2.1 Arduino UNO

O Arduino UNO é a última encanação da série de placas Arduino. A diferença para

as placas anteriores é que o UNO utiliza um chip USB diferente, que facilita a instalação do

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software e o aumento da velocidade de comunicação com o computador. Sua fonte de

alimentação é de 3,3V, que fornece maior corrente, e vem equipado com o microcontrolador

ATmega328, que possui maior memória (MONK, 2013). Na Figura 3 é exibida a placa

Arduino UNO.

Figura 3 - Arduino UNO.

Fonte: http://livrozilla.com/doc/281160/monografia-cristiano-v1.3 (2016).

O UNO dispõe de 14 pinos de entrada e saída, 6 entradas analógicas, 16 MHz cristal

oscilador, uma conexão USB, um conector de energia, um conector ICSP e um botão de reset.

De acordo com Maia (20l2) ele se difere das placas anteriores por não utilizar o chip condutor

FTDI USB para a serial, facilitando o envio do código do computador para a placa. Ela possui

3 pinos GND, dois que fornecem voltagem regulada de 3.3 V e 5 V, e outro pino Vin que

fornece voltagem diretamente da alimentação, sendo por USB ou uma fonte externa, e um

pino de entrada para referência analógica (AREF).

Os principais aspectos técnicos do Arduino UNO estão expostos no Quadro 1 a

seguir:

Quadro 1 – Aspectos técnicos do Arduino UNO.

NOME DESCRIÇÃO

Microcontrolador ATmega328P

Tensão operacional 5 V

Tensão de entrada (recomendado) 7-12 V

Tensão de entrada (limite) 6-20 V

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Pinos E/S digitais 14 (6 fornecem saída PWN)

Pinos E/S PWM digitais 6

Pinos de entrada analógicos 6

Corrente DC por pino E/S 20 mA

Corrente DC para pino 3.3 V 50 mA

Memória Flash 32 KB (ATmega328P), dos quais 0,5KB

utilizado pelo bootloader

SRAM 2KB (ATmega328P)

EEPROM 1KB (ATmega328P)

Velocidade do relógio 16 MHz

LED_BUILTIN 13

Comprimento 68,6 mm

Largura 53,4 mm

Peso 25 g

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

Embora a recomendação da tensão de entrada chega de 7 à 12 V, a placa pode

suportar tensões de até 20V. Porém tensões superiores a 12V podem levar ao aquecimento dos

reguladores e consequentemente vir a danificar a placa (FURLAN, [201-]). E Oliveira e

Carvalho (2014) lembra que a placa pode ser energizada por um cabo UBS vindo do

computador e conectar o conector USB da placa, e a conexão USB também é o meio de

passar os códigos para a placa Arduino.

2.2.2 Software IDE (Integrated Development Environment)

O Arduino possui um IDE (Ambiente Integrado de Desenvolvimento) própria e pode

ser baixado em www.arduino.cc. Ela possui um editor, um compilador, um carregador e um

monitor serial. A linguagem utilizada para implementar são C/C++ junto com a biblioteca

Wiring que é um framework de programação open source (OLIVEIRA; CARVALHO, 2014).

O IDE permite a criação de novos programas chamados sketches para a placa em

uma linguagem simples. Esse ambiente é o responsável pelo envio do código fonte para o

compilador para converter o código para a linguagem C e por fim traduzir o resultado para a

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linguagem da máquina que é compreendida pelo microcontrolador. (MAIA, 2012). Na Figura

4 é exibida a tela com a interface do Arduino IDE.

Figura 4 – Interface do Arduino IDE

.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

Na Figura 5 são exibidos os botões que temos na interface destacados com um

número.

Figura 5 – Botões da interface do Arduino IDE.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

Na tabela 1, são mostrados os nomes dos botões numerados na figura 5 e suas

respectivas descrições.

Tabela 1 – Botões do Arduino IDE.

Número Nome Descrição

1 Título | Versão

Nome do sketch e da

versão do Arduino IDE

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2 Verificar Compila o código

3 Carregar Carrega o código na placa

4 Novo Cria um novo sketch

5 Abrir Abri um sketch existente

no computador

6 Salvar Salva o sketch

7 Monitor serial Janela que recebe os dados

enviados pelo Arduino

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

2.3 SENSOR DE UMIDADE E TEMPERATURA DHT11

Os sensores “são componentes elétricos que funcionam como dispositivos [...] De

modo mais abstrato, você pode classificar os sensores como um componente que serve para

medir um estímulo externo ao sistema em que ele estiver” (KARNIVEN; KARNIVEN,

2014).

O sensor utilizado neste trabalho é o sensor DHT11, que possui um componente

medidor de umidade e um componente NTC para temperatura. Na Tabela 2 segue as

especificações do sensor DHT11.

Tabela 2 – Especificações do sensor DHT11.

Nome Descrição

Modelo DHT11

Alimentação 3,0 a 5,0 VDC (5,5 VDC máximo)

Corrente 200uA a 500mA (stand by de 100uA a

150uA)

Faixa de medição de umidade 20 a 90% UR

Faixa de medição de temperatura 0º a 50ºC

Precisão de umidade de medição ± 5,0 UR

Precisão de medição de temperatura ± 2.0 ºC

Tempo de resposta < 5s

Dimensões 23mm x 12mm x5mm

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21

Fonte: Elaborado pelo autor (2016) .

Embora sua faixa de umidade seja só entre 20 a 90%, é suficiente para o

desenvolvimento do protótipo devido ao ambiente onde será realizado o estudo e os testes

com o protótipo.

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3 METODOLOGIA

O local da pesquisa por ser no Nordeste, que possui um clima de caatinga, bem como

a época em que experimento foi feito, nos meses de setembro a novembro, que são os meses

onde se atingem as maiores temperaturas e umidade extremamente baixas, ocasionando um

ambiente ideal para o experimento. Os materiais e equipamentos utilizados no protótipo serão

descritos neste capítulo.

3.1 MATEIAL UTILIZADO

Um esquema mostrando a visão geral, que mostra os componentes e conexões, pode

ser visto na Figura 6: O Arduino é ligado ao computador através do cabo USB, de onde irá

recebe os códigos. O módulo relé que será responsável por acionar o umidificador de ar

também será ligado à placa através de jumpers. Na protoboard, serão acoplados o sensor

DHT11, o buzzer, o LED e o display LCD, e a ligação com a placa Arduino será feito através

dos jumpers que terá uma ponta conectada nas trilhas onde os componentes estão acoplados e

a outra ponta na placa, fazendo assim a ligação entre os componentes e a placa.

Figura 6 – Esquema do protótipo.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

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3.1.1 Funcionalidades

Acionamento automático do umidificador de ar: Quando a umidade do ar atingir um

valor inferior ao valor programado, o protótipo ativará automaticamente o umidificador de ar.

Alerta visual: Uma luz de LED acenderá no protótipo quando o nível de umidade

ficar abaixo do valor programado. Também será possível observar a umidade e temperatura

em um pequeno display LCD 16x2 que estará no protótipo.

Alerta sonoro: Um buzzer emitirá um som quando o nível de umidade ficar abaixo de

um valor programado.

3.1.2 Componentes

Com as funcionalidades escolhidas, a etapa seguinte são as descrições dos

componentes, na figura 7 estão numerados os componentes que foram utilizados.

Figura 7 – Componentes utilizados

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

3.1.2.1 Módulo Relé

O Módulo Relé, número 1 na figura 7, torna possível o acionamento de cargas de

220V, como equipamentos eletrônicos, motores ou simplesmente para fazer o isolamento

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entre circuitos. Quando ele é acionado, uma luz vermelha nele se acende mostrando que ele

está liberando a passagem de energia.

3.2.2.2 Sensor DHT11

O DHT11 representando pelo número 2 na figura 7, é um sensor que permite a

medição de temperaturas de 0 a 50 graus celcius e de umidade relativa do ar de 20% a 90%. O

sensor de temperatura é um termistor tipo NTC e o sensor de umidade do tipo HR202. Ele é

envolto em uma peça de plástico com pequenos furos, para que o ar possa ser captado e o

sensor efetuar as leituras da umidade e temperatura.

3.2.2.3 Cabo USB

O cabo USB, o número 3 na figura 7, é utilizado para conectar a placa Arduino UNO

ao notebook para que os comandos possam ser inseridos. No projeto ele é utilizado tanto para

a passagem de dados, como também para a alimentação de energia para a placa.

3.2.2.4 Buzzer

O buzzer que é o número 4 na figura 7, uma pequena peça do tamanho de uma unha,

tem uma estrutura simplificada de transdutores eletrônicos. São bastante utilizados para

alarmes, é o responsável pelo alerta sonoro.

3.2.2.5 Jumpers

Os Jumpers, número 5 na figura 7, são pequenos fios que normalmente utilizados

para conectar dois pontos de um circuito elétrico. A extremidade dos fios podem ser

macho/fêmea, macho/macho ou fêmea/ fêmea, vai depender de acordo com a entrada do

circuito, no projeto eles são utilizados para interligar os componentes através da protoboard.

3.2.2.6 LED

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O LED, número 6 na figura 7, é o componente eletrônico que tem como característica a

emissão

de luz. O LED utilizado é do tipo anodo comum, ou seja, o terminal maior, chamado anodo,

deve ser ligado no positivo, enquanto o menor, catodo, deve ser ligado no negativo. O

pequeno LED é o responsável pelo alerta visual.

3.2.2.7 Display LCD 16x2

O display LCD 16x2, que na figura 7 é numerado com 7, é uma pequena tela de LCD

de 16 colunas e 2 linhas, com o backlight azul e a escrita branca. Também possui um

controlador HD44780 que é um mesmo usado nas indústrias de LCD’s, nele os valores da

temperatura e umidade que são captados pelo sensor, irão aparecer respectivamente na

primeira e segunda linha.

3.2.2.8 Protoboard 830 pontos

Foi utilizado para interligar os componentes a placa Arduino uma protoboard de 830

pontos, indicada pelo número 8 na figura 7, ela tem as medidas de 16,5 x 5,5 x 1 cm. No

centro uma coluna divide em dois lado com 415 pontos em cada um, dando o total de 830

pontos. Desses, duas colunas de distribuição em cada extremidade com 100 pontos serão as

trilhas de alimentação e a terra. Pela protoboard é que os componentes são interligados a

placa Arduino.

3.2.2.9 Umidificador de ar

O Umidificador de ar, número 9 na figura 7, é um aparelho comum que pode ser

adquirido em qualquer loja. Ele possui a capacidade de 1,8 litros e uma autonomia de 7 horas

em potência máxima antes do reservatório secar, ele funciona com uma corrente elétrica de

220v.

3.3 ETAPA DA CONSTRUÇÃO

Para construir o protótipo foi necessário o uso do software livre do Arduino. Ele

pode ser baixado no site da plataforma Arduino www.arduino.cc. Através desse software, os

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comandos serão inseridos na placa que estará interligada aos componentes através das

conexões dos jumpers e da protoboard.

3.3.1 Montagem

O protótipo será interligado ao notebook através do cabo USB, pelo qual os dados

programados serão enviados e é também por onde placa Arduino receberá alimentação de

energia. A linguagem de desenvolvimento utilizada para a programação dos comandos é a

linguagem C através de um sketch. O programa compilado no computador interage com os

componentes através das conexões com a placa feita através dos jumpers e recebe os dados do

sensor.

Os passos para a programação são relativamente simples:

1 – Conectar a placa Arduino ao notebook através do cabo USB.

2 – Executar o software Arduino IDE.

3 – Escrever as linhas de programação no sketch.

4 – Fazer o upload do sketch para a placa Arduino.

5 – Receber o resultado da execução do sketch.

Neste trabalho já foi visto a interface do software Arduino IDE bem como os seus

botões e suas funcionalidades. Como toda estrutura de programação, o sketch tem sua

estrutura, funções, constantes, símbolos que será melhor explicado a seguir.

3.3.1.1 Estrutura

O sketch é dividido em duas partes, Void setup e Void loop:

Void setup é utilizada para iniciar as variáveis, PinMode e o uso das bibliotecas. É

executada cada vez que a placa é reiniciada.

Void loop é onde ocorre os loops permitindo o programa de executar as operações, é

onde se digita o que você quer que o código faça.

3.3.1.2 Elementos de sintaxe

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Ponto e virgula (;) – Toda linha de comando deve ser encerrada por ponto e vírgula

(;), pois a falta do mesmo acarretará em erro de compilação e assim o programa não é

executado.

Chaves ({}) – São utilizadas para demarcar sessões de códigos, chaves abertas e

fechadas em locais errados podem ocasionar erros. Elas são usadas normalmente em

comandos com if (se), else (então), while (enquanto).

Comentário (//) - São utilizadas quando se deseja deixar algum comentário em

alguma parte do código, linhas de comentários não são interpretadas como sendo partes a

serem executadas pelo programa.

3.3.1.3 Variáveis

Variáveis são expressões utilizadas para armazenar valores, quando são declaradas o

seu tipo deve ser especificado. Os tipos de variáveis podem ser: boolean, char, byte, int,

unsigned int, long, unsigned long, float, double, string, array, void.

3.3.1.4 Constantes

Constantes são expressões particulares com significado especifico.

False – Constante para indicar afirmação falsa, é definida como 0 (zero)

True – Constante para indicar afirmação verdadeira onde qualquer inteiro que

não é zero é true.

HIGH – Pode indicar se o pino está ligado

LOW – Pode indicar se o pino está desligado

INPUT – Pinos do Arduino configurados como INPUT estão em alta

impedância, fazendo com que eles sejam úteis para ler valores de sensores.

OUTPUT – Pinos configurados como OUTPUT estão com baixa impedância,

significando que podem fornecer corrente para outros circuitos.

3.3.1.5 Funções de entrada e saída digital

pinMode (pin, mode) – Configura o pino para que comporte-se como entrada

ou saída, ou seja, se ele vai enviar a informação ou receber.

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digitalWrite (pin, valor) – Escreve o comando se o pino vai estar HIGH

(ligado) ou LOW (desligado).

digitalRead (pin) – Ler o valor de um pino digital específico, se ele está HIGH

(ligado) ou LOW (desligado).

3.3.1.6 Função de tempo

delay(ms) – Suspende a execução do programa pelo tempo, em milissegundos,

que foi indicado no parâmetro, utilizado para determinar os intervalos entre os

beeps do buzzer e para delimitar o intervalo de tempo entre as leituras do sensor

de umidade e temperatura.

3.3.1.7 Comunicação serial

É usada para a comunicação entre a placa e outros dispositivos. Ela é feita através

dos conectores da placa, e a comunicação é feita através das funções seriais.

Serial.begin (int velocidade) – Ajusta a taxa de transmissão em bits por

segundo para que a transmissão de dados seja pelo padrão serial.

Serial.print(data) – Envia dados pela porta serial.

3.3.1.8 ATMEGA328

Na figura 8 temos o esquema do microcontrolador ATMEGA328 e seus pinos.

Figura 8 – Microcontrolador ATMEGA328.

Fonte: http://blog.webtronico.com/?author=3 (2016).

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O componente principal da placa Arduino UNO é seu microprocessador

ATMEGA328, possui uma CPU AVR que possui uma pipeline no qual enquanto uma

instrução está sendo executada a próxima já está sendo carregada, com isso instruções mais

simples são carregadas em um único clock. Ele possui 28 pinos sendo que 23 deles são para

entrada e saída, os pinos são distribuídos em 2 fileiras com 14 pinos de cada lado.

VCC – Pino de tensão de alimentação.

GND – Pino terra.

Port B (PB7..PB0 / XTAL1 / XTAL 2/ TOSC1 / TOSC2) – Port B é bidirecional

de entrada e saída de 8 bits que tem resistores internos de pull-up (forçam nível)

para cada bit, os buffers de saída possuem alta capacidade de receber e fornecer

corrente. Como entrada, os pinos colocados em zero irão fornecer corrente se os

resistores de pull-up estiverem habilitados, os pinos irão ficar em tri-state

quando uma condição de reset está ativa mesmo se o clock não estiver rodando.

Dependendo de como estiverem selecionados os fusíveis do ajuste do clock o

PB6 pode ser usado de entrada para o amplificador oscilador inversor e de

entrada para o circuito do clock. Da mesma maneira o PB7 ser utilizado como

saída do amplificador oscilador inversor. Se o oscilador RC calibrado for usado

como fonte de clock, PB7..6 vai ser usado como entrada e TOSC 2..1 para

temporizador/controlador.

Port C (PC5..PC0) – A Port C é bidirecional de entrada e saída de 7 bits também

com resistores pull-up, os buffers de saída possuem alta capacidade de fornecer e

receber corrente. Como entrada, os pinos colocados em zero irão fornecer

corrente se os resistores de pull-up estiverem habilitados, os pinos irão ficar em

tri-state quando uma condição de reset está ativa mesmo se o clock não estiver

rodando.

PC6 / RESET – Se o fusível RSTDISBL for programado o PC6 é utilizado com

pino de entrada e saída, sendo que suas características elétricas são diferentes

dos pinos da Port C, caso contrário o PC6 é utilizado com entrada do reset.

Port D (PD7..PD0) – Port D é bidirecional de entrada e saída de 8bits e de

resistores internos de pull-up, os buffers de saída possuem alta capacidade de

fornecer e receber corrente. Como entrada, os pinos colocados em zero irão

fornecer corrente se os resistores de pull-up estiverem habilitados, os pinos irão

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ficar em tri-state quando uma condição de reset está ativa mesmo se o clock não

estiver rodando.

AVCC – Pino para alimentação do conversor AD, deve ser conectado ao VCC

externamente mesmo se o A/D não estiver sendo utilizado.

AREF – Pino de tensão de referência analógica do conversor AD.

Após tomar conhecimento dos pinos e suas funções, bem como conhecer os

componentes e os papeis que irão desempenhar, os testes com os componentes podem ser

iniciados, conectando os componentes aos pinos corretos e testando se estão funcionando

corretamente.

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4 TESTES E RESULTADOS

Os testes foram realizados primeiro individualmente em todos os componentes

utilizados, a fim de verificar se todos estavam funcionando. Após os testes individuais, e a

constatação que todos estavam com o funcionamento correto, os testes com todos os

componentes funcionando em conjunto foram realizados para certificar-se de que não havia

conflitos.

4.1 TESTE COM BUZZER

O buzzer é utilizado para alertar que o nível de umidade está abaixo do valor

programado. Um pino é ligado a corrente de 5v para a alimentação. O pino positivo é ligado à

porta digital 10 do Arduino, e o pino negativo conectado ao GND (terra), Na Figura 9 é

mostrado o código para o teste do buzzer.

Figura 9 – Código para teste do buzzer.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

O buzzer dará um beep na frequência de 1500 Hz e irá durar 1000 milissegundos,

então irá esperar um tempo de 1.000.000 milissegundos para repetir o som. O volume do som

não é muito baixo, mas também não é alto para evitar incômodo.

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4.2 TESTE COM TELA LCD 16X2

A tela de LCD de 16x2 é utilizada para mostrar em tempo real os valores da temperatura e da

umidade do ar. Ela é encaixada na protoboard e a partir dela os jumpers irão conectar as

trilhas correspondentes do display aos pinos da placa Arduino. As conexões dos pinos do

display com a placa Arduino estão descritas na Tabela 3.

Tabela 3 – Conexões do LCD.

Pino LCD Função Ligação

1 Vss GND (terra)

2 Vdd 5v

3 V0 Potenciômetro

4 RS Pino 12 do Arduino

5 RW GND (terra)

6 E Pino 11 do Arduino

11 D4 Pino 5 do Arduino

12 D5 Pino 4 do Arduino

13 D6 Pino 3 do Arduino

14 D7 Pino 2 do Arduino

15 A 5v

16 K GND (terra)

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

Foi utilizado também um potenciômetro, que serve para controlar o contraste da tela,

tornando as letras visíveis. Sem ele não seria possível enxergar as informações mostradas no

display. Na figura 10 é exibido o display LCD em funcionamento.

Figura 10 – Display LCD em funcionamento.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

O código para testar o funcionamento do display LCD está exibido na Figura 11.

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Figura 11 – Código para testar o display LCD.

Fonte: Elaborada pelo autor (2016).

Teste para verificar se as duas linhas do display estavam funcionando.

Com o texto “LCD TESTE” na primeira linha e “SEGUNDA LINHA” na segunda

linha do display.

4.3 TESTE COM SINAL LUMINOSO

O pequeno LED é encaixado na protoboard e dela os jumpers o liga ao Arduino, que

vai ser ligado ao pino digital 13, e para verificar se ele acende. Foi programado para ligar ao

ser pressionado a tecla “L”, e desligado ao ser pressionado a tecla “D”. Na Figura 12 o LED

ligado. A outra perna do LED é ligada na corrente de 5v.

Figura 12 – LED ligado.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

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O sinal luminoso é utilizado para informar quando a umidade atingiu o limite

definido e o umidificador é ligado. O código para testar se a luz está funcionando e se as

conexões estão corretas está exibido na Figura 13.

Figura 13 – Código para teste do sinal luminoso.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

4.4 TESTE COM SENSOR DHT11

O sensor DHT11 é responsável pela medição da umidade e da temperatura. Ele fica

encaixado na protoboard e os jumpers conectam as trilhas onde ele está até a placa Arduino.

O pino VCC é ligado a corrente 5v. O segundo pino é ligado ao GND. E o terceiro, o de

dados, é ligado a porta A1 na placa Arduino. Um resistor 10k é colocado entre o VCC e o

pino de dados, para regular o fluxo da corrente e evitar de aparecer problemas de leitura e

precisão, sem ele poderiam aparecer leituras que não fariam sentido, na Figura 14 é exibido o

código utilizado para verificar o funcionamento e captação dos dados do sensor. Sensor utiliza

a biblioteca DHT, ele aguarda 2000ms entre as leituras.

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Figura 14 – Código para leitura do sensor.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

4.5 TESTE DO MÓDULO RELÉ

O relé é acionado e após o tempo programado ele é deligado. Em seguida, após

alguns milissegundos, é acionado novamente. A Figura 15 pode-se observar o relé acionado.

Quando o relé é acionando, uma luz se acende indicando que ele está ativado.

Figura 15 - Relé acionado.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

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O módulo relé é o responsável por fazer o acionamento do umidificador e interliga-lo

a placa Arduino. Ele suporta a carga de 220v e evita que essa tensão elétrica passe para a

placa danificando-a. O pino VCC é ligado ao pino de 5v, O pino GND do relé é ligado ao

pino terra, e o pino INT 2 ligado ao pino 8 do Arduino. Na figura 16 é exibido o código para

testar o funcionamento do relé.

Figura 16 – Código para teste do relé.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

4.6 TESTE FINAL, DISPOSITIVO FUNCIONANDO

O Teste final tem como propósito interligar todos os dispositivos com a placa

Arduíno e faze-los trabalharem em conjunto. O sensor monitora a temperatura e a umidade e

envia as informações para a placa. Os valores recebidos são mostrados no monitor serial no

software e no display de LCD. Se o valor da umidade for menor ou igual a 30%, o relé irá

acionar o umidificador que irá começar a funcionar. Uma luz de LED também acenderá

indicando que a umidade do ar está baixa e o dispositivo está acionado. O buzzer irá ficar

emitindo um beep a cada alguns segundos enquanto o dispositivo estiver acionado e a

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umidade estiver menor ou igual a 30%, uma luz também acenderá no relé indicando que ele

está ativado. Na figura 17 é exibido o código final.

Figura 17– Código final.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

Na primeira parte do código, as bibliotecas LiquidCrystal que são utilizadas pela tela

LCD e a DHT que é utilizada pelo sensor de umidade. Também é definido o pino A1 como o

ligado ao sensor, o pino 8 ligado ao relé, os pinos 2, 3, 4, 5, 11 e 12 ligados ao display LCD, o

pino 13 é ligado ao LED e o pino 10 ligado ao buzzer. Então a tela, os sensores e o relé são

inicializados.

Na segunda parte, vemos a parte do código que é feita a leitura da umidade e

temperatura e então os valores são escritos no serial monitor e no display LCD, que a cada

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2000 milissegundos recebem um novo valor de leitura. Então vem a parte que do código que

define que se o valor da umidade for menor ou igual a 30%, o LED, o buzzer e o relé são

ativados. Com o relé ativado, a corrente é liberada para o umidificador ligando-o. Na Figura

18 são exibidos os dados de leitura escritos no serial monitor.

Figura 18 – Dados de leitura no monitor serial.

Fonte: Elaborado pelo autor (2016).

Dados de recebidos pelo sensor durante alguns segundos sendo mostrados no

monitor serial.

4.7 RESULTADOS

O protótipo proposto foi construído com êxito. Um dispositivo com um alerta sonoro

e visual e que aciona um umidificador de ar, ajudando assim no nível de umidade do ambiente

evitando que permaneça baixo.

Ao longo dos testes, os valores definidos para a ativação do dispositivo foram

alterados no código para testar a ativação com diferentes valores de umidade. A interface IDE

é de fácil entendimento, o que possibilita a manipulação dos valores.

O valor da construção do protótipo ficou aproximadamente em R$ 175,00. É um

protótipo que apresenta uma confiabilidade e grande eficácia. Com sua eficácia testada, seu

código poderá ser utilizado para a programação de microcontroladores simples e baratos que

poderão ser colocados diretamente em umidificadores normais adaptando-os em automáticos,

sendo muito mais barato que comprar umidificadores automáticos, tornando-se uma opção

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mais vantajosa na questão econômica. Dificuldades foram encontradas durante o projeto,

como a utilização do relé para acionar o umidificar, pois o mesmo trabalha com voltagens

mais altas, que pode ser perigoso na hora de conectar os cabos de energia, mas as dificuldades

foram superadas com pesquisas sobre como manusear componentes elétricos, para que algum

acidente fosse evitado.

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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A proposta do trabalho era a construção de um dispositivo protótipo que monitorasse

a umidade do ambiente constantemente e caso a umidade ficasse abaixo de um valor

programado, umidificador de ar é acionado juntamente com um alerta visual e sonoro que

mostra que o dispositivo está em funcionamento.

Para a montagem do protótipo é necessário algum conhecimento de hardwares para

poder montar e fazer a interligação dos componentes, também é preciso um conhecimento de

programação, para poder escrever o código bem como identificar erros possam ocorrer

durante a compilação do código. Uma parte que deve-se tomar cuidado é quando for

manusear o relé, pois é durante essa parte que será preciso manusear fios elétricos, devendo

ter um cuidado redobrado.

O desenvolvimento do mesmo possibilitou que o umidificador fosse acionado

automaticamente de acordo com o monitoramento da umidade, buscando o aumento do nível

de umidade do local evitando que fique em um nível prejudicial à saúde.

Concluiu-se que a placa Arduino ligada ao sensor e também ao relé, para a ativação

do umidificador, é bastante eficaz para o monitoramento da umidade e como forma de

amenizar o problema de umidade. Portanto, através desse estudo, tornou-se possível o

desenvolvimento desse dispositivo, com isso, seu código de programação pode ser utilizado

na programação de microcontroladores baratos e que possam ser colocados diretamente em

um umidificador, transformando assim um umidificador normal em um automático, sendo

mais vantajoso financeiramente do que comprar um umidificador automático em uma loja,

alcançando os objetivos propostos inicialmente.

Ao concluir este trabalho, destaca-se que este estudo mostrou ter grande importância

para a sociedade, pois em locais de clima seco, onde os níveis de umidade podem alcançar

valores baixos. Ele seria de grande ajuda para combater a baixa umidade de um local,

evitando que a mesma fique em níveis prejudicais à saúde. E também por mostrar uma opção

mais econômica de se ter um umidificador de ar automático.

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REFERÊNCIAS

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<http://www.climatempo.com.br/inverno/noticia/2016/07/03/umidade-relativa-do-ar-e-saude-

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MAIA, Gustavo Moura Fé. Acionamento remoto de portões elétricos via celular através

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