» PROVA DE APTIDÃO PROFISSIONAL «

Sensor de Nível Liquídos

EPO.007.15

Curso Profissional de Técnico de Gestão de Equipamentos Informáticos

Aluno: André Ferraria - Filipe Rodrigues

N.º 3251 - 3255

O. Projeto: José Carlos Alves

Ano letivo 2017 /2018

PROJETO DE APTIDÃO PROFISSIONAL

Sensor de Níveis Líquidos

P á g i n a | 1

Find a job you love, and you will never have to work a day in your life.

- Confussio

P á g i n a | 2

Índice

Nota Prévia .................................................................................................................................................. 4

Introdução .................................................................................................................................................... 5

Objetivos ...................................................................................................................................................... 6

Apresentação do material envolvido .......................................................................................................... 7

Arduíno UNO ............................................................................................................................................ 7

Breadboad ................................................................................................................................................ 8

Sensor ultrassónico .................................................................................................................................. 9

LCD ......................................................................................................................................................... 10

Jumpers .................................................................................................................................................. 11

Resistência .............................................................................................................................................. 11

Potenciómetro ....................................................................................................................................... 12

LEDs ........................................................................................................................................................ 12

Tubo PVC ................................................................................................................................................ 13

Suporte Quatro Pilhas AA com Plug ....................................................................................................... 13

Apresentação do Software envolvido ....................................................................................................... 14

Arduíno IDE ............................................................................................................................................ 14

TinkerCAD (Autodesk) ............................................................................................................................ 14

Explicação do protótipo ............................................................................................................................. 15

Circuito ................................................................................................................................................... 15

Arduíno UNO .......................................................................................................................................... 16

Sensor Ultrassónico ................................................................................................................................ 16

LEDs ........................................................................................................................................................ 17

Display LCD ............................................................................................................................................. 17

Potenciómetro ....................................................................................................................................... 18

Suporte de Pilhas.................................................................................................................................... 18

Orçamento ............................................................................................................................................. 19

Conclusão ............................................................................................................................................... 20

WebGrafia .............................................................................................................................................. 21

Agradecimentos ..................................................................................................................................... 22

P á g i n a | 3

Índice de Figuras

Figura 1 - BreadBoard .......................................................................................................... 8

Figura 2 - Sensor Ultrassónico Pinout ................................................................................... 9

Figura 3 - Logotipo Arduino IDE .......................................................................................... 14

Figura 4 - Logotipo TinkerCAD ............................................................................................ 14

Figura 5 - Logotipo Autodesk .............................................................................................. 14

Figura 6 - Esquêma do Circuito ........................................................................................... 15

Figura 7 - Arduino UNO ...................................................................................................... 16

Figura 8 - Sensor Ultrasónico HC-SR04 ................................................................................ 16

Figura 9 - Display LCD 16x2 ................................................................................................ 17

Figura 10 - Potenciómetro 10K ........................................................................................... 18

Figura 11 - Suporte 4x Pilhas AA

P á g i n a | 4

Nota Prévia

Para a conclusão do Curso Professional de Técnico de Gestão de Equipamentos Informá-

ticos na Escola Profissional de Ourém (EPO) foi proposto a realização de um projeto de aptidão

profissional. Este projeto consiste na elaboração de um projeto de cariz mais eletrónico, onde

vamos aplicar todos os conhecimentos que fomos obtendo ao longo do curso e adquirir e apro-

fundar novos conhecimentos.

P á g i n a | 5

Introdução

A utilização de equipamentos eletrónicos em substituição aos seus equivalentes mecâ-

nicos ou eletromecânicos é um processo que está em crescimento e mais cedo ou mais tarde

tende a propagar-se para as mais diversas áreas.

A vantagem dessa substituição é que permite uma grande flexibilidade, com possibili-

dade de uso para diversas funções adaptando apenas o software, além da facilidade de imple-

mentação de funcionalidades novas.

Este protótipo apresentará a viabilidade e vantagens da implementação do uso de sen-

sores tradicionais, mas com a possibilidade de ser adaptado facilmente para diversas situações.

Para a realização deste projeto será essencial estudo e pesquisa de componentes ne-

cessários para implementação do projeto, detalhes da plataforma de hardware e software uti-

lizados, programação do microcontrolador, entre outros assuntos apresentados.

P á g i n a | 6

Objetivos

Com este projeto pretende-se o desenvolvimento completo do hardware e software de

um sensor do nível líquidos destinado á medição e monitoramento da quantidade de líquido de

reservatórios e acesso aos mesmo online através do uso de Arduíno e de um modulo wi-fi com

a possibilidade de substituir o seu equivalente mecânico.

Para o hardware é necessário que os componentes sejam compatíveis eletricamente

entre si e uma descrição do circuito para interligação do mesmo. O componente tem como obje-

tivo ser de baixo custo e de fácil aquisição no mercado com uma montagem dos componentes

rápida e simples, requerendo pouco ou nenhum equipamento ou instalações específicas.

Para o software, tem-se como objetivo a programação da parte lógica para os compo-

nentes de hardware, que monitoriza a variância da quantidade de liquido do deposito onde o

sensor está instalado.

P á g i n a | 7

Apresentação do material envolvido

Arduíno UNO

Arduíno é uma plataforma de prototipagem eletrônica open source e de placa única,

projetada com um microcontrolador Atmel AVR com suporte de Input/Output embutido, uma

linguagem de programação padrão a qual tem origem em Wiring (essencialmente C/C++).

Objetivo do uso do Arduíno é criar ferramentas que são acessíveis, com baixo custo,

flexíveis e fáceis de se usar por artistas e amadores. Principalmente para aqueles que não teriam

alcance aos controladores mais sofisticados e de ferramentas mais complicadas.

Neste projeto o Arduíno será responsável pela leitura do o sensor ultrassónico e vai usar

esses dados para medir a quantidade de água.

Este componente foi adquirido na loja Gearbest.

Arduíno Uno

Tensão operacional 5V

Tensão de entrada 7 – 12V

Pinos digitais 14 (6PWM)

Pinos de entrada analógica 6

Preço 4,59€

Quantidade 1

P á g i n a | 8

Breadboad

Uma placa breadboard é uma placa com furos e ligações condutoras que serve para

prototipagem de circuitos elétricos experimentais. A grande vantagem da placa de ensaio na

montagem de circuitos eletrónicos é a facilidade de inserção de componentes, uma vez que não

necessita de solda. As placas variam entre 800 furos e 6000 furos, tendo ligações verticais e

horizontais.

Neste componente será montado o protótipo.

BB-801 Placa de Ensaio

Tipo Placa de Ensaio Sem Solda

Pontos 400

Pinos digitais 14 (6PWM)

Preço 4,07€

Figura 1 - BreadBoard

P á g i n a | 9

Sensor ultrassónico

Sensores ultrassónicos são dispositivos que transformam impulsos elétricos em ondas

ultrassónicas, dividas entre o transmissor e o recetor. O transmissor, como o nome indica, envia

as ondas ultrassónicas de 40 000 Hz que ao colidirem com o obstáculo voltam para o recetor, e

através dos dados de tempo entre emissão e recessão, e velocidade das ondas emitidas, calcula

a distância a que esse obstáculo se encontra. Com o tempo de viagem e a velocidade do som é

possível calcular a distância e com isso a profundidade.

Neste projeto será usado o sensor ultrassónico HC-SR04. A função deste componente

será de medir a distancia a que o liquido se encontra no recipiente.

Sensor Ultrassónico HC-SR04

Alimentação 5V DC

Alcance 2cm~5m

Corrente de operação 2mA

Precisão 3mm

Preço 1,35 €

Figura 2 - Sensor Ultrassónico Pinout

P á g i n a | 10

LCD

Um display de cristal líquido (liquid crystal display), é um painel fino usado para exibir

informações por via eletrônica, como texto, imagens e vídeos.

Os LCDs têm uma interface paralela, o que significa que o microcontrolador tem que

manipular vários pinos de interface ao mesmo tempo para controlar a exibição.

Este componente será responsável pela exibição dos valores calculados pelo Arduíno.

1 SPI - protocolo que permite a comunicação do microcontrolador com diversos outros componentes, formando uma rede.

Standard LCD 16x2

Tamanho da tela 2,4 polegadas

Tipo Tela de LCD

Compatível Arduíno

Conectividade 3-fio de SPI1

Precisão 3mm

Preço 1,17 €

P á g i n a | 11

Jumpers

Um Jumper é um fio condutor utilizado para ligar dois pontos de um circuito eletrónico.

São geralmente utilizados para configurar placas de circuitos. Quando é colocado um jumper so-

bre dois ou mais pinos, estabelece-se uma ligação elétrica entre eles. Serão estes os responsá-

veis pela conexão dos componentes ao microcontrolador.

Resistência

Uma resistência é um dispositivo elétrico muito usado, ora com a finalidade de transfor-

mar energia elétrica em energia térmica por meio do efeito joule, ora com a finalidade de limitar

a corrente elétrica de um circuito.

Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem

de corrente elétrica, através de seu material. A essa oposição damos o nome de resistência elé-

trica ou impedância, que possui como unidade o ohm.

Jumper

Tipo Jumper M – M / F – F

Tamanho 20Cm

Conteúdo 40 jumpers

Preço 4,07€

Resistências

Valor de Resistência 220Ω

Quantidade 7

Preço 1,26€

P á g i n a | 12

Potenciómetro

Um Potenciómetro é um componente eletrónico que possui uma resistência elé-

trica ajustável. Normalmente, é uma resistência de três terminais onde a conexão central é

deslizante e manipulável. Se todos os três terminais são usados, atua como um divisor de ten-

são.

LEDs

Um díodo emissor de luz, mais conhecido pela sigla em inglês LED (Light Emitting Di-

ode), é usado para a emissão de luz em locais e instrumentos onde se torna mais conveniente

a sua utilização em vez de uma lâmpada devido ao seu baixo consumo de eletricidade.

Potenciómetro

Valor de Resistência 10KΩ

Quantidade 1

Preço 0,81 €

LEDs Multicolor

Tensão 5V

Quantidade 3

Preço 0,60€

P á g i n a | 13

Tubo PVC

O policloreto de polivinila, mais conhecido pelo acrónimo PVC (da sua designação

em inglês Polyvinyl chloride) é um plástico não 100% originário do petróleo. É normalmente

utilizado em canalizações e na construção civil, mas neste caso será usado para simular um de-

pósito.

Suporte Quatro Pilhas AA com Plug

O Suporte de pilhas é um suporte com um ou mais compartimentos para pilhas. Nor-

malmente são de plastico, com forma quadrada, onde encaixa uma ou mais pilhas de diversos

tamanhos, ou compartimentos separados presos com parafusos ou outros meios.

Tubo PVC

Material PVC

Quantidade 1

Comprimento 1m

Preço 7,15€

Suporte Pilhas AA

Material Plástico

Cor Preto

Plug P4

Preço 2,28€

P á g i n a | 14

Apresentação do Software envolvido

Arduíno IDE

O Arduíno IDE é uma aplicação multiplataforma escrita em java derivada dos projetos

processing e wirings. Permite desenvolver e introduzir a programação baseada em c++ para o

microcontrolador Arduíno. Inclui um editor de código com recursos de realce de sintaxe paren-

teses correspondestes e indentação automática sendo capaz de compilar e carregar programas

para a placa com um único clique.

TinkerCAD (Autodesk)

TinkerCAD é uma ferramenta de modelação de sólidos 3D em browser, usada para pro-

totipagem rápida e conhecida pela interface simples e fácil de usar. TinkerCAD inclui a ferra-

menta de modelação 3D e ferramenta de desenho de circuitos e esquemas eletrónicos, e inclui

também uma opção de simulação, para testes do código enviado. A 18 de Maio de 2013, a Tin-

kerCAD foi comprada pela Autodesk, uma empresa Americana que desenvolve software de ar-

quitetura, engenharia, construção, media e industrias de entretenimento.

Figura 3 - Logotipo Arduino IDE

Figura 5 - Logotipo Autodesk Figura 4 - Logotipo TinkerCAD

P á g i n a | 15

Explicação do protótipo

Aqui vai ser explicado passo a passo o funcionamento do circuito, e cada função de todos

os seus componentes.

Circuito

Este é o circuito utilizado para a prototipagem do nosso projeto, em que o esquema

apresentado foi desenhado e simulado no software TinkerCAD.

Figura 6 - Esquema do Circuito

P á g i n a | 16

Arduíno UNO

O Arduíno UNO é o cérebro de todo o circuito. Sendo um microcontrolador, é ele que

controla todas as funções de todos os outros componentes do circuito, e é para ele que é envi-

ada toda a programação do projeto.

Sensor Ultrassónico

O Sensor Ultrassónico emite um impulso sonoro, que ao colidir com o obstáculo vai ser

refletido de volta ao sensor, podendo assim, com os dados de velocidade e tempo decorrido

entre a emissão e receção, calcular-se a distância de qualquer objeto e enviar essa informação

de volta para o Arduíno.

Figura 7 - Arduíno UNO

Figura 8 - Sensor Ultrassónico HC-SR04

P á g i n a | 17

LEDs

O Arduíno processa a informação recebida pelo Sensor Ultrassónico, e de acordo com a

programação instalada, vai ligar os LEDs coloridos indicando assim uma estimativa da altura a

que o liquido se encontra no deposito.

Display LCD

Ao mesmo tempo que os LEDs estão a receber a informação do Arduíno, o LCD tam-

bém está a receber as informações obtidas pelo Sensor Ultrassónico, e escreve no display a al-

tura do líquido na cisterna, e dependendo da área da base, o volume do mesmo líquido.

Figura 10 - Display LCD 16x2

Figura 9 - Leds

P á g i n a | 18

Potenciómetro

A função do potenciómetro neste circuito é de regular os dados sobre a área da base

de cada depósito onde é aplicado o aparelho, sendo deste modo possível fazer o calculo para o

volume de liquido que se encontra no deposito, usando o valor de altura já adquirido pelo Sen-

sor Ultrassónico.

Suporte de Pilhas

O suporte de pilhas tem capacidade para 4 pilhas AA, e a sua função neste circuito é

segurar e combinar em série as pilhas que vão fornecer energia a todo o circuito. Cada pilha tem

1,5 Volts, e todas em série têm 6 Volts, e é essa a voltagem que vai ser fornecida ao Arduíno.

Figura 11 - Potenciómetro 10K

Figura 12 - Suporte 4x Pilhas AA

P á g i n a | 19

Orçamento

P á g i n a | 20

Conclusão

Depois de várias horas de trabalho com a realização deste projeto, concluímos que ape-

sar de todo o trabalho, aprendemos bastante na realização do mesmo e com ele conseguimos

aprofundar os nossos conhecimentos na área da assemblagem circuitos eletrónicos, na progra-

mação do Arduíno IDE e na seleção e comparação dos componentes. Ao longo deste projeto

deparamo-nos com vários obstáculos que foram ultrapassados através de pesquisa e do apoio

dos professores.

P á g i n a | 21

WebGrafia

https://pt.wikipedia.org/wiki/Arduino

https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard

https://www.electroschematics.com/8902/hc-sr04-datasheet/

https://pt.wikipedia.org/wiki/LCD

https://pt.wikipedia.org/wiki/Jumper

https://www.electrofun.pt/modulo-wifi-esp8266

https://pt.wikipedia.org/wiki/LCD

https://pt.wikipedia.org/wiki/Jumper

https://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_emissor_de_luz

https://pt.wikipedia.org/wiki/Resist%C3%AAncia_el%C3%A9trica

https://pt.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B4metro

https://www.arduino.cc/

https://www.tinkercad.com/

P á g i n a | 22

Agradecimentos

Este projeto foi resultante do apoio de diversas pessoas, dadas de forma direta ou indi-

reta, mas todas elas essenciais para a realização do mesmo. Pelo que agradecemos a todos que

tornaram este projeto possível.

Aos professores José Carlos e Rui Ramos pela orientação, acompanhamento dado e pela

sua disponibilidade.

A todos os professores deste curso que contribuíram para enriquecer os nossos conhe-

cimentos ao longo deste percurso escolar.