O Resistor

Um componente eletrônico presente em basicamente qualquer projeto e que é essencial termos uma clara compreensão de seu funcionamento e aplicações. Estamos falando do resistor.

Neste post eu trago alguns conhecimentos muito básicos e que todo maker, projetista ou estudante de eletrônica deve ter sobre resistores. Vamos conhecer o componente em seus aspectos físicos e teóricos.

O resistor é basicamente um componente responsável por limitar o fluxo de corrente, ou seja, ele gera resistência. Como consequência há uma queda de tensão de uma extremidade a outra e também a transformação da energia elétrica em energia térmica.

Provavelmente você já se deparou com uma resistor, ou uma resistência como se costuma chamar dependendo da aplicação. Quando estamos falando de micro eletrônica o componente eletrônico é o resistor. No entanto no nosso dia-a-dia temos ferros de passar roupa, chuveiro elétrico, forno elétrico e outros eletrodomésticos que sabemos que internamente possuem resistências para aquecer algo, seja roupa, água ou alimentos.

Temos então um componente que gera uma força de resistência elétrica que pode ter dois objetivos: o primeiro é limitar a corrente simplesmente e o segundo é gerar calor.

Simbologia

Podemos encontrar na literatura basicamente duas simbologias para os resistores. A Figura 1 apresenta as duas possibilidades.

Na Figura 1(A) temos o símbolo dos EUA, muito utilizados em livros e em aulas expositivas talvez pela facilidade de desenhar. Já na Figura 1(B) temos o símbolo europeu especificado pela IEC (International Electrotechnical Commission, do inglês, Comissão Eletrotécnica Internacional). Eu particularmente costumo utilizar os símbolo da IEC.

Figura 1 – Simbologia do resistor. (A) EUA; (B) EU / IEC. Fonte: Adaptado de EASYEDA (2021).

Aspecto Físico

Diversos são os tipos de resistores que temos no mercado. Eles podem variar, além do valor da resistência, em outros aspectos como tamanho, potência, tipo de montagem (SMD ou THC), formato geométrico (cuboide ou cilíndrico), precisão e cor.

Na Figura 2 podemos observar alguns resistores em uma imagem gerada por computador. Na figura, R1 e R4 são resistores THC (through hole component, do inglês, componente através do furo) que tem seus terminais passando pelo furo da placa para fixação.

Ainda na Figura 2 podemos ver dois resistores SMD (surface mount devices, do inglês, componentes montados em superfícies), R2 e R3. Eles não tem terminais portanto sua montagem é realizada soldando o componente diretamente no lado cobreado da placa.

Figura 2 – Aspectos físicos do resistor. Fonte: Adaptado de EASYEDA (2021).

Tamanho

Um aspecto físico que devemos observar quando vamos utilizar um resistor é o limite da potência que o componente suporta. O tamanho do resistor geralmente está relacionado com a potência que suporta.

A Figura 3 apresenta alguns resistores organizados em tamanho por ordem crescente de cima para baixo. Observe que a potência, em watts (W), aumenta juntamente com o tamanho do resistor, ou seja, quanto maior o resistor maior o potência que pode ser dissipada.

Figura 3 – Comparação de tamanho de resistores de condutor axial. Fonte: (LUDOVINO, 2013).

Apesar desta observação sempre verifique se está adquirindo o resistor com a potência adequada, pois se guiar apenas pelo tamanho pode te levar a erros no projeto do seu circuito.

Padrão de Cores nos Resistores

A Figura 4 traz uma foto com resistores de diversos valores. Observe que cada um tem um conjunto de faixas coloridas. Estas faixas representam o valor da resistência, em ohms.

Figura 4 – Uma matriz de resistores de condutor axial variando a resistência. Fonte: (AMOS, 2018).

Existe mais de uma padrão para observar o valor de um resistor em seu corpo. O padrão utilizado no resistores da Figura 4 é o de quatro faixas de cor. Vejamos como saber o valor de um resistor pelas cores.

Resistores com quatro faixas de cor

No padrão de cores, cada cor tem um valor numérico, assim, cada conjunto de cores gera um conjunto de valores que usamos para determinar quantos ohms tem o resistor.

No padrão de quatro cores, as três primeiras determinam o valor em ohms. A quarta cor determina a precisão, ou seja, qual a margem de segurança, ou tolerância, para o valor dado. A Figura 5 mostra a representação de um resistor de quatro faixas.

Figura 5 – Resistor de quatro faixas de cor. Fonte: Fonte: Adaptado de AUTODESK (2021).

A tabela da Figura 6 mostra as cores possíveis para as três primeiras faixas.

Figura 6 – Valor das cores para as faixas do resistor. Fonte: o autor.

Na tabela da Figura 7 temos as cores e os valores possíveis para a tolerância do resistor. É comum ter certa dificuldade de perceber qual é a primeira faixa e qual a última visto que podemos ter cores parecidas. Em resistores de quatro cores geralmente a quarta faixa fica mais afastada.

Figura 7 – Valor das cores para tolerância do resistor. Fonte: o autor.

Para determinar o valor de um resistor com base nas cores vamos usar como exemplo o resistor R da Figura 5.

Para as cores do resistor R na Figura 5, marrom, preto, vermelho e dourado, temos então os valores 1, 0, 2 e ±5 %. Já sabemos que a tolerância é de ±5 % pela cor dourada. Agora resta saber o valor em ohms.

Para isso usamos um métodos simples onde as duas primeiras faixas determinam um número em conjunto, sem somar nem multiplicar, no caso do nosso exemplo 1 e 0 formam 10.

Em seguida a terceira faixa deve ser usada como expoente numa potência de 10. Dessa forma teríamos 10² ou 100.

Para finalizar multiplicamos este valor pelo obtido com as duas primeiras faixas. Ficando

R = 10 × 100 = 1.000 Ω.

Para valores maiores ou igual a zero você pode simplesmente considerar que a terceira faixa é a quantidade de zeros após o valor obtido com as duas primeiras faixas.

Sabemos que a tolerância é de 5 %, para mais ou menos, então este resistor pode ter de 950 Ω à 1050 Ω.

Como R = 1.000 Ω geralmente convertemos este valor para (kilo ohms) ou (mega ohms). Sendo

1 kΩ = 1.000 Ω

e

1 MΩ = 1.000.000 Ω.

Resistores com cinco faixas de cor

O método para determinar quantos ohms tem um resistor de cinco faixas de cor é basicamente o mesmo.

A única diferença é que a faixa que define a potência de 10 é a quarta faixa. Dessa as três primeiras faixas compõem o número com os valores em sequência. E em seguida acrescentamos tantos zeros quanto for o valor da quarta faixa, para valores maiores ou igual a zero.

As cores utilizadas são as mesmas, inclusive para a cor da tolerância, que neste caso é a quinta faixa.

A Figura 8 apresenta mais um exemplo de resistor com cinco faixas. Utilizei o resistor com corpo azul porque é muito comum encontrar resistores de cinco faixas com esta cor no corpo dele.

De acordo com a tabela já apresentada na Figura 6 os valores das faixas da 1ª à 5ª são: 4, 7, 0 e 2.

Temos então a formação do número 470 com as três primeiras faixas e em seguida adicionamos 2 zeros a este valor. Assim temos R = 47000 Ω = 47 kΩ.

Figura 8 – Resistor de cinco faixas de cor. Fonte: Adaptado de AUTODESK (2021).

A tolerância neste caso é ±1 % visto que a quinta cor é marrom e este é o valor de acordo com a tabela da Figura 7.

Nem sempre é fácil identificar a cor das faixas nos resistores pois algumas aparentam muito parecidas. Podemos perceber isto principalmente nos resistores com corpo azul. Com isto em mente sempre tenha em mãos um multímetro para verificar em caso de dúvida.

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Resistores SMD

Como apresentado anteriormente os resistores SMD são aqueles que não tem montagem utilizando terminais que passam pelo furo da placa.

São largamente utilizados atualmente, pois permitem a miniaturização dos circuitos. Existem diversos tamanhos definidos por um código de encapsulamento.

A Figura 9 mostra diversos exemplos de resistores SMD enquanto a Figura 10 exibe uma tabela com os tipos de encapsulamentos e seu tamanho em milímetros.

Como não possui cores a leitura do valor do resistor é realizada pelo número escrito em seu corpo. A Figura 9 traz diversos resistores com valores diferentes.

Figura 9 – Resistores SMD variados. Fonte: (INDIANMART, 2021).
Figura 10 – Encapsulamentos e tamanhos de componentes SMD. Fonte: Adaptado de ELECTRONICS NOTES (2021).

Mesmo não tendo cores a regra é similar à leitura dos resistores com faixas de cores. Também existem padrões diferentes. Os mais comuns são os que utilizam três ou quatro dígitos.

A leitura de três dígitos segue um padrão similar ao de quatro cores. Os dois primeiros dígitos são os mais significativos e o terceiro o multiplicador. Por exemplo o resistor SMD com o número 473 é calculado como

R = 47 × 10³ = 47.000 Ω = 47 kΩ.

O padrão de quatro dígitos funciona com o último dígito sendo o multiplicador. Dessa forma usamos os três primeiros dígitos como mais significativos e adicionamos tantos zeros quanto for o quarto dígito. Se o valor for 2201 temos

R = 220 × 10¹ = 2.200 Ω = 2,2 kΩ.

Em ambos padrões quando aparecer a letra R considere ela como a separação decimal.

Por exemplo: 5R600 seria um resistor de 5,6 Ω.

Outros Tipos de Resistores

Além do resistor comum de valor fixo existem diversos outros tipos que nos permitem projetar circuitos mais interativos ou sensitivos.

Potenciômetro e Trimpot

O potenciômetro é provavelmente o mais conhecido dos resistores variáveis. São largamente utilizados em sistemas que possibilitam ajustes de volume e equalização por exemplo.

Os símbolos dos resistores variáveis podem ser vistos na Figura 11. Existem outros símbolos com pequena variação destes apresentados na imagem dependendo da aplicação e padrão adotado.

Figura 11 – Simbologia do resistor variável. (A) EUA; (B) EU / IEC. Fonte: Adaptado de EASYEDA (2021).

Na Figura 12 podemos ver um esboço de um potenciômetro internamente. Observe que o destaque em (B) é o elemento resistivo. Esse elemento está conectado com o ambiente externo pelos terminais 1 e 3. Se medir a resistência entre estes terminais teremos o valor da resistência do potenciômetro por completo.

A variação será quando realiza a leitura utilizando o terminal central (2) e alguma das extremidades. O elemento de contato (D) toca no ponto do elemento resistivo e o conecta ao terminal 2.

Se girarmos o manipulador do ajuste (E) o contato vai se mover para outra posição de contato com a resistência interna. Dessa forma, medindo a resistência entre 1 e 2 ou 2 e 3 temos a resistência proporcional à posição do elemento de contato para potenciômetros lineares.

Figura 12 – Esboço de um potenciômetro. (A) Corpo; (B) elemento resistivo; (C) contato do terminal; (D) elemento de contato; (E) manipulador para ajuste; (1, 2 e 3) terminais. Fonte: o autor.

Além da resistência e tipo é preciso observar se o potenciômetro é do tipo linear ou logarítmico.

O linear muda a resistência referente ao terminal 2 de acordo com uma função linear. Na prática se você girar 50% terá 50% do valor resistência e assim de forma proporcional para qualquer percentual de giro, o que não acontece com o tipo logarítmico.

Utilize o simulador Demonstração do Potenciômetro Linear para entender melhor como os três terminais estão relacionados. Siga as instruções e veja a alteração dos valores lidos em tempo real.

Uma visão real de um potenciômetro pode ser vista na Figura 13. Existem diversos formatos tipos e valores para os potenciômetros.

Figura 13 – Foto de um potenciômetro. Fonte: Adaptado de AMOS (2019).

O termo “potenciômetro” geralmente é usando para generalizar os resistores variáveis, no entanto existem outras designações como o trimpot.

O trimpot tem a mesma estrutura funcional do potenciômetro apresentado na Figura 11. A grande diferença é na sua aplicação.

Enquanto o potenciômetro tem uma função de permitir que o usuário do produto ajuste algo, como volume ou intensidade luminosa, o trimpot é utilizado para ajustes de fábrica. Geralmente em produtos comerciais não temos fácil acesso aos trimpots. Em geral é preciso de uma ferramenta, como uma pequena chave de fenda, para ajustar o trimpot.

A Figura 14 mostra uma foto com diversos modelos de trimpots THC.

Figura 14 – Diversos tipos de trimpots THC. Fonte(JUNKYARDSPARKLE, 2015).

Fotorresistor ou LDR

O fotorresistor também é um tipo de resistor variável que altera sua resistência de acordo com a intensidade luminosa que incide em seu corpo.

Geralmente tem o valor da resistência se comportando inversamente proporcional à incidência de luz, ou seja, quando há um aumento na incidência de luz sobre o componente a resistência dele diminui.

É comumente chamado de LDR (Light Dependent Resistor, do inglês, Resistor Dependente de Luz) mesmo em lojas físicas ou sites em português.

A simbologia do LDR é apresentada na Figura 15 com a versão dos Estados Unidos, Figura 15(A), e europeia, Figura 15(B).

Figura 15 – Simbologia do LDR. (A) EUA; (B) EU / IEC. Fonte: Adaptado de STARTING ELECTRONICS (2012).

O aspecto físico do LDR pode ser visto na Figura 16.

Figura 16 – Aspecto físico. Fonte: (ALIEXPRESS, 2021).

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Conclusão

Neste post foram apresentados os resistores e seus diversos aspectos e tipos. Vimos sua simbologia, estrutura física, funcionamento e códigos de cores. Além dos tipos vistos aqui existem outros, como o PTC e o NTC, mas são assunto para outro post.

Lembre-se de escolher o resistor adequado para seu projeto de acordo com as diversas características apresentadas.

No próximo post falaremos sobre a Lei de Ohm e o cálculo dos resistores para situações diversas.

Referências

ALIEXPRESS. 10pcs GL5506 Luz Dependent Resistor LDR Ldr LDR Foto Resistores 5mm Interruptor Fotoelétrico Componente 5506 Resistência. Disponível em: https://pt.aliexpress.com/item/32845906516.html. Acesso em: 19 jan. 2021.

AMOS, Evan. An array of axial-lead resistors of varying resistance. Wikipédia, 1 ago. 2018. Disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Resistor#/media/File:Electronic-Axial-Lead-Resistors-Array.jpg. Acesso em: 13 jan. 2021.

AMOS, Evan. Potenciômetro. Wikipédia, 21 maio 2019. Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Potenciômetro#/media/Ficheiro:Electronic-Component-Potentiometer.jpg. Acesso em: 18 jan. 2021.

AUTODESK. Tinkercad. In: AUTODESK. Cores do Resistor. [S. l.], 17 jan. 2021. Disponível em: https://www.tinkercad.com/things/dLzwdB2NQQi. Acesso em: 17 jan. 2021.

EASYEDA. Demo Resistores. [S. l.], 17 jan. 2021. Disponível em: https://easyeda.com/editor#id=9100bd5de45b42c0887990196395af33. Acesso em: 17 jan. 2021.

ELECTRONICS NOTES. SMT / SMD Components & packages, sizes, dimensions, details. [S. l.], 17 jan. 2021. Disponível em: https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/surface-mount-technology-smd-smt/packages.php. Acesso em: 17 jan. 2021.

INDIANMART. All-Type SMD Chip Resistor, 5000pcs In 1 Reel. [S. l.], 17 jan. 2021. Disponível em: https://www.indiamart.com/proddetail/all-type-smd-chip-resistor-21699130430.html. Acesso em: 17 jan. 2021.

JUNKYARDSPARKLE,. Wikipédia. InPCB mount trimmer potentiometers, or “trimpots”, intended for infrequent adjustment. [S. l.], 29 mar. 2015. Disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Potentiometer#/media/File:12_board_mounted_potentiometers.jpg. Acesso em: 19 jan. 2021.

LUDOVINO, David. Size comparison of axial-lead resistors. Wikipédia, 28 ago. 2013.
Disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Resistor#/media/File:Carbon_and_ceramic_resistors_of_different_power_ratings.jpg. Acesso em: 13 jan. 2021.

STARTING ELECTRONICS. LDR (Photoresistor), 30 jul. 2012. Disponível em: https://startingelectronics.org/beginners/components/LDR-photoresistor/. Acesso em: 19 jan. 2021.

Tensão, Corrente e Resistência

Ao entrar no mundo da eletrônica, seja você um maker ou estudante, você vai se deparar com certos termos na literatura, em fóruns, grupos em redes sociais, entre outros meios que temos hoje para aprender. Tensão, corrente e resistência são três desses termos que você precisa ter a clareza de seus significados e implicações.

Vou tentar ser o mais objetivo possível e por isso não passaremos pelos tópicos como carga elétrica e as equações que regem toda está área da eletrônica. No entanto é preciso que você se familiarize com esses conceitos, pois formam a base para um aprendizado mais claro para outros assuntos dentro do vasto mundo da eletrônica.

A tensão e a corrente elétrica são conhecidos popularmente como voltagem e amperagem, respectivamente. Neste post vou usar os termos adequados, tensão e corrente, pois, apesar de muito utilizados, voltagem e amperagem não estão formalmente corretos.

Tensão Elétrica

Quando estamos criando qualquer projeto eletrônico, por mais simples que seja, precisamos alimentar devidamente este projeto com uma fonte de energia. Esta fonte pode variar de tipo, forma, capacidade etc. Uma simples fonte pode ser a pilha AA de 1,5 VCC (volts em corrente contínua) ou mesmo uma fonte ATX que tem diversas saídas para alimentar a placa mãe do computador.

Possivelmente você já ouviu falar que, por definição, a tensão elétrica é a diferença de potencial entre dois pontos. Isso quer dizer que para saber a tensão em um ponto de um circuito precisamos de uma referência, ou seja, outro ponto do circuito para fazer a comparação.

Então se medirmos dois pontos em um circuito e eles apresentarem valores diferentes temos o valor da tensão referente àqueles pontos. Por este motivo quando utilizamos o multímetro para verificar se a tensão em determinado ponto do circuito está correta para a aplicação desejada, precisamos sempre utilizar duas ponteiras, comumente a vermelha e a preta.

Vamos observar a Figura 1. Nela temos uma bateria B1 e um conjunto de lâmpadas idênticas, L1, L2 e L3. No circuito L1 e L3 formam um conjunto em paralelo e L2 está em série com este conjunto. Temos também 3 voltímetros (aparelho que mede a tensão). Neste caso qual seria a tensão no ponto A?

Observe que cada voltímetro apresenta um valor. A tensão nos pontos de A para B está medindo 1,99 volts. Dos pontos B para C está medindo 3,99 volts. Já nos pontos A e C a medição é de 5,98 volts. A resposta para nossa pergunta seria então: depende. Depende do ponto de referência, B ou C.

Figura 1 – Medição da tensão.

Apesar desta dependência é comum considerar o negativo da bateria como referência principal, quando outra não é especificada.

Em circuitos de tensão contínua, discutida a seguir, geralmente usamos como referencial o GND (tratado também como terra ou polo negativo). Este ponto é a referência para o zero do circuito e a partir dele medimos outros pontos. Medimos a diferença de potencial entre o zero (GND) e o ponto que queremos saber o valor.

A unidade de medida da tensão é o volt (V) e a tensão pode ser contínua (VCC) ou alternada (VAC).

Tensão Contínua e Alternada

Os exemplos da pilha AA e da fonte ATX são especificamente de fontes de alimentação de tensão e corrente contínua (VCC), diferente da alimentação da tomada da nossa casa, que no Brasil pode variar dependendo do estado que você mora e pode ser 110 VCA (volts em corrente alternada) ou 220 VCA. Esses valores variam em alguns especificações de equipamentos sendo 120 VCA ou 240 VCA. Existe a possibilidade de se obter outros valores de tensão alternada mas não trataremos disso neste post.

Enquanto na tensão contínua temos um valor fixo com o passar do tempo a tensão alternada varia em forma senoidal.

Tensão Contínua

Na Figura 2 temos um osciloscópio, à direita, e um conjunto de 2 pilhas de 1,5 V cada uma, à esquerda. Como estamos falando das diferentes tensões neste post vamos dizer que cada pilha é de 1,5 VCC, pois fornecem tensão contínua. As pilhas estão em série e por isso o valor resultante é 3 VCC.

Observe que o osciloscópio mostra uma linha azul. Esta linha representa a leitura da tensão do conjunto de pilhas ao longo do tempo. Com isso confirmamos que é um valor constante e está sobre a marca de 3 VCC, exatamente no terceiro quadrado do centro para cima dos 10 VCC que o osciloscópio pode mostrar neste exemplo.

Figura 2- Tensão contínua.

Tensão Alternada

Vejamos agora a Figura 3. Nesta figura não usamos um conjunto de pilhas, mas sim um gerador de funções. Apensar de não ser uma fonte de alimentação para fins práticos, é possível com este equipamento simular um sinal que varia com o tempo, ou seja, ele fornece uma tensão alternada de acordo com alguns parâmetros.

Neste caso temos uma saída com frequência de 60 Hz, assim como nossa rede elétrica, e apenas 5 V, que neste caso serão 5 VCA por ser um sinal que varia com o tempo. Observe no osciloscópio que com o passar do tempo a tensão não é constante, mas varia de acordo com certo limite superior e inferior. Neste caso temos um intervalo de -2,5 até 2,5 volts com a tensão alternando de valor conforme o tempo passa.

Figura 3 – Tensão alternada.

Os nossos circuitos microcontrolados, os que usam Arduino, ou que simplesmente acendem um LED, de forma geral, são alimentados com fontes de alimentação contínua.

Corrente Elétrica

A corrente elétrica é basicamente o movimento ordenado das cargas elétricas no circuito. É o fluxo de elétrons gerado pela tensão aplicada. Podemos pensar que a tensão empurra os elétrons pelos condutores do circuito. A este fluxo é dado o nome de corrente elétrica. Se a tensão é interrompida, por uma chave liga-desliga por exemplo, então não há mais tensão para de “empurrar” os elétrons e dessa forma também não existe mais corrente elétrica no circuito.

Quando temos um circuito fechado a corrente pode fluir. Como circuito fechado entenda que o circuito está devidamente alimentado e com um caminho para a corrente passar e retornar para a fonte de energia. Vamos considerar neste post o sentido convencional da corrente elétrica, onde ela flui do polo positivo da alimentação para o negativo.

Observe a Figura 4. Nela temos dois circuitos idênticos em momentos diferentes. No circuito da esquerda a chave liga-desliga esta aberta e assim o circuito encontra-se desligado. Neste momento não há corrente fluindo pelo circuito e as lâmpadas L1, L2 e L3 não acendem.

Ainda na Figura 4 temos o circuito no estado Ligado, à direita. Neste momento a chave está fechada e por isso a corrente tem caminhos para percorrer pelos fios que interconectam às lâmpadas e também pelas próprias lâmpadas. As setas mostram o caminho convencional da corrente saindo do polo positivo da bateria B3 e percorrendo os caminhos possíveis pelos fios e lâmpadas até voltar para o negativo da bateria.

Figura 4 – Circuito desligado: não há corrente; circuito ligado: há corrente fluindo.

A unidade de medida da corrente é o Ampere (A), e dependendo da tensão pode ser alternada ou contínua. É comum usarmos também o miliampere (mA), que é a milésima parte do ampere, assim, 1 A = 1000 mA.

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Resistencia Elétrica

Agora que sabemos o que é a tensão e a corrente elétrica podemos falar de mais um conceito: a resistência elétrica.

Quando o material por onde a corrente está fluindo , ou deveria fluir, se opõe a esta corrente dizemos que há resistência. É esta oposição à passagem de corrente que chamamos de resistência elétrica.

Um exemplo da resistência a passagem de corrente apresentado na Figura 5. Nesta figura temos uma bateria de 6 VCC alimentando duas lâmpadas em paralelo, L1 e L2. A diferença é que L2 está em série com um componente que impõe resistência ao fluxo de corrente, o resistor R, sobre o qual falaremos em outro post. Os amperímetros A1 e A2 estão mostrando o fluxo de corrente que está indo para cada uma das lâmpadas.

Assim temos que L1 está com 590 mA enquanto L2 está com o fluxo sendo limitado para 295 mA. Esta limitação se dá pela existência do resistor em série com L2.

Se a resistência não existisse a leituras nos amperímetros A1 e A2 seriam iguais visto que temos lâmpadas idênticas.

Figura 5 – Circuito ligado com resistência limitando o fluxo em L2.

Materiais como borracha, porcelana e o próprio ar tem uma alta resistência à passagem de corrente elétrica, por isso são chamados de isolantes. Já nos metais a corrente flui de forma mais fácil por ter uma baixa resistência. Eles são os condutores.

Cada tipo de material tem sua constante de condutividade específica. Possivelmente o condutor mais comum nos circuitos eletrônicos é o cobre, pois as placas de circuito impresso em geral e fios tem o cobre como o material condutor. Outros tipos de metais podem ser utilizados em circuitos, como alumínio, ouro e prata.

Apesar de existirem materiais condutores e isolantes, na prática os isolantes podem conduzir em altas tensões com milhares de volts. Um exemplo disto é o arco voltaico criado que podemos ver a condução via ar. Observe o vídeo a seguir.

A unidade de medida da resistência elétrica é o ohm, representado com o símbolo da letra grega ômega (Ω). Você também poderá encontrar referências a quantidades de ohms apenas como a letra R. Por exemplo 10 R seria o mesmo que 10 Ω, ou seja, 10 ohms.

Conclusão

Neste post vimos três conceitos fundamentais para a eletrônica: tensão, corrente e resistência elétricas. Por mais básicos que sejam é importante ter o entendimento claro sobre esses termos, pois, eles vão nos ajudar a compreender assuntos mais avançados e o funcionamento de componentes.

Nos posts anteriores eu apresentei ferramentas de bancada que podem ajudar a entender cada um dos conceitos apresentados utilizando simulações no Tinkercad.

Não esqueça de deixar seu comentário sobre o post ou suas dúvidas.

A seguir vamos falar sobre o resistor.

Ferramentas de Bancada no Tinkercad – Parte 5

Até aqui vimos diversas ferramentas de bancada no Tinkercad. Para finalizar a série veremos agora possivelmente a mais simples, a Fonte de Energia.

Conhecendo a Fonte de Energia

A fonte de energia, ou fonte de alimentação, é uma ferramenta que fornece uma tensão e corrente que podem ser ajustadas de acordo com a necessidade do projetista.

Ela serve para alimentar os circuitos e verificar seu comportamento frente a valores de tensão e corrente que podem ser definidos ou limitados.

A Figura 1 apresenta a fonte de energia do Tinkercad, onde temos o display superior apresentando 5 V, ajustado pelo potenciômetro à direita. Esta fonte permite varia a tensão fornecida entre 0 e 30 volts.

Ainda na Figura 1 observamos que a corrente pode ser ajustada entre 0 e 5 amperes. Na figura temos o valor máximo definido, porém, nenhum carga está conectada e assim temos o valor 0 A apresentado.

Figura 1. Fonte de energia.

Se colorarmos uma carga na saída da fonte podemos ver o consumo de corrente dessa carga e se a tensão é suficiente para alimentá-la.

Observe a Figura 2 onde temos como carga um resistor de 1 k Ohm. Se aplicarmos a Lei de Ohm, apresentada na Equação 1, temos que a tensão (V) é o produto da resistência (r) pela corrente (i).

V = r . i

(1)

Como temos V = 5 e i = 500mA = 0,005 A, podemos usar a equação (2)

r = V / i

(2)

E assim temos que r = 5 / 0,005 = 1000 Ohms. Observando novamente a Figura 2 vemos, pelo código de cores, que o valor do resistor é de 1000 Ohms. Exatamente como calculado.

Figura 2. Fonte de energia com carga.

Outro exemplo é apresentado na Figura 3. Nela podemos ver que a corrente consumida necessária para acender a lâmpada com 12V é de 250 mA.

Figura 3. Fonte alimentando lâmpada com 12 V.

Para conferir os exemplos acesse https://www.tinkercad.com/things/fS0n56Yf5WM e copie para sua conta.

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Conclusão

O Tinkercad oferece uma séria de ferramentas de bancada para auxiliar na análise e experimentação de circuitos eletrônicos sobretudo com uso de Arudino.

É possível beneficiar os estudos com o uso destas ferramentas em temas como Lei de Ohm, filtros analógicos, PWM, entre outros. Apesar disso o contato com as ferramentas em uma bancada real pode trazer benefícios devido a limitação dos modelos do Tinkercad.

Ferramentas de Bancada no Tinkercad – Parte 4

Das ferramentas de bancada no Tinercad o osciloscópio é o que possibilita visualizar o gráfico de um sinal ao longo do tempo. Ele pode ser usado para observar o comportamento do de um pino digital do Arduino ou comportamento de um pino com PWM.

Neste post vamos usar o osciloscópio do Tinkercad para observar alguns destes comportamentos. Vamos explorar o uso do osciloscópio juntamente com o gerador de funções.

Conhecendo o Osciloscópio

A Figura 1 apresenta o osciloscópio no Tinkercad. Quando selecionamos o osciloscópio podemos escolher o opção Tempo por Divisão, que remete a quanto tempo cada quadrado dos eixos coordenados representará. Ajustar este tempo permite observar sinais com frequências mais altas ou baixas dependendo do valor definido.

Figura 1. Osciloscópio no Tinkercad.

Para entender melhor as divisões por tempo do osciloscópio vamos analisar a Figura 2. Nela temos o osciloscópio exibindo um sinal proveniente do gerador de funções. É um sinal com frequência de 50 Hz, senoidal, com amplitude de 5 V pico-a-pico e 0 V de deslocamento CC.

Sabemos que o período (T) de um sinal, ou seja o tempo necessário para o sinal completar o ciclo e começar a se repetir, é definido pela equação (1).

T = 1 / f (1)

(1)

O período na Figura 2 é o início do gráfico à esquerda até o final, à direita. Se você contar verá que esse intervalo tem exatamente 10 divisões no eixo x do osciloscópio, assim como temos 10 divisões no eixo y. No caso da Figura 2 temos T = 1 / 50 = 0,02, ou seja 20 ms.

Como temos, observado a Figura 2, uma divisão no osciloscópio de 2 ms e uma frequência de 50 Hz, como mostra o gerador de funções, a onda apresentada no osciloscópio está sendo completamente mostrada.

Figura 2. Osciloscópio apresentando sinal do Gerador de Funções.S

Se modificarmos o Tempo por Divisão no osciloscópio podemos ver duas vezes a forma de onda do sinal que vem do gerador de funções. Isso pode ser visto na Figura 3.

Perceba que mesmo modificando o Tempo por Divisão nós não modificamos o período (T), ele continua o mesmo porque não modificamos a frequência. O que fizemos foi ajustar a visualização no osciloscópio e por isso vemos duas vezes os picos da onda.

Figura 3. Osciloscópio com divisão de 4 ms.

Visualizando a função analogWrite com o osciloscópio

A função analogWrite do Arduino, apesar do que sugere o nome, não representa uma saída analógica no pino especificado como parâmetro. Essa função utiliza a modulação por largura de pulso (PWM, do inglês, pulse width modulation) para controlar intensidade de LEDs, velocidade de motores etc.

A Figura 4 mostra um circuito que está utilizando a modulação por largura de pulso para controlar a intensidade de um LED criando o efeito “fede in” e “fade out”.

Na figura podemos ver no osciloscópio o sinal proveniente do pino 9 do Arduino. Acesse o link https://www.tinkercad.com/things/lYD6t4j6rEg e simule o circuito para aprender mais sobre o osciloscópio a como visualizar sinais utilizando esta ferramenta.

Figura 4. Comportamento da PWM.

No próximo post vamos finalizar nossa série sobre ferramentas de bancada com a Fonte de energia.

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A seguir…

No próximo post vamos falar sobre a fonte de energia no Tinkercad.

Ferramentas de Bancada no Tinkercad – Parte 3

Continuando nossa série sobre o uso de ferramentas de bancada no Tinkercad, neste post vamos falar um pouco sobre o gerador de funções.

Conhecendo o Gerador de Funções

Talvez muitos ainda não tenham tido contato com um gerador de funções. Ele serve basicamente para gerar sinais com base em alguns parâmetros.

Esses sinais podem ser utilizados para estimular circuitos a fim de investigar o comportamento deste circuito ou identificar possíveis problemas.

Em laboratórios de cursos de engenharia o gerador de funções são utilizados para estudar diversos circuitos. Um exemplo é quando estamos estudando filtros como passa alta, passa baixa ou passa faixa. Com esse dispositivo podemos estimular o filtro com um sinal de entrada e analisar se a saída foi a desejada.

Os parâmetros disponíveis no gerador de funções do Tinkercad são:

  • Forma de onda, ou função;
  • Frequência do sinal;
  • Amplitude e
  • Deslocamento CC.

O gerador de funções do Tinkercad pode ser visto na Figura 1. Além das formas de onda, representadas pelos botões quadrados com o desenho da forma, podemos ajustar a frequência no potenciômetro (A), a amplitude no potenciômetro (B) e o a componente contínua do sinal (deslocamento CC) no potenciômetro (C).

O ajuste de frequência possibilita sinais de 1 Hz até 1 MHz. A amplitude pode variar de 0 V à 10 V, pico a pico, e por fim temos o deslocamento do sinal utilizando a componente CC.

Na Figura 1 também podemos observar que a saída do gerador de funções é obtida nos plugs vemelhor (+) e preto (-) na parte inferior do gerador.

Figura 1. Gerador de Funções do Tinkercad.

Para ter uma visualização do sinal do gerador de funções vamos utilizar o osciloscópio, ferramenta de bancada que terá foco em nosso próximo post.

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A seguir…

No próximo post vamos falar sobre o uso do osciloscópio no Tinkercad.

Ferramentas de Bancada no Tinkercad – Parte 2

Dando continuidade a nossa série sobre o uso de ferramentas de bancada no Tinercad veremos neste post o uso do multímetro, uma ferramenta essencial para qualquer pessoa que vai entrar no mundo da eletrônica.

Conhecendo o Multímetro do Tinkercad

O multímetro é, possivelmente, o mais básico dos aparelhos de medição que um hobbista ou profissional deve ter. No multímetro do Tinkercad podemos medir resistência, tensão e corrente. Apensar das funcionalidades no Tinkercad, vimos que um multímetro real pode ter diversas outras função.

A Figura 1 apresenta o multímetro do Tinkercad com as opções possíveis de medição. Ao selecionar o multímetro uma caixa de opções aparece para que o modo de operação possa ser selecionado. Podemos ver esta caixa na Figura 1 onde temos as opções de modo. São elas:

  • Amperagem (corrente elétrica): neste modo, apresentado na Figura 1(A), é possível medir a corrente de consumo de um componente, de um circuito ou parte dele. O termo amperagem é considerado um termo leigo para se referir à corrente elétrica. Os livros de engenharia normalmente não utilizam amperagem para se referir à corrente elétrica. De fato nunca vi ser utilizado em nenhum livro. Vou utilizar o termo “corrente” ao longo deste texto.
  • Tensão: este modo, apresentado na Figura 1(B), é utilizado para aferir a diferença de potencial elétrico entre dois pontos do circuito ou simplesmente sobre um determinado componente. O termo leigo para se referir à tensão elétrica é voltagem. Vou preferir utilizar tensão neste artigo.
  • Resistência: Para medir a resistência devemos utilizar o modo de mesmo nome no multímetro, exibido na Figura 1(C). Este modo pode ser utilizado didaticamente para ensinar ou aprender sobre o comportamento da associação de resistores por exemplo.
Figura 1. Opções do multímetro do Tinkercad.

Medindo Corrente e Tensão

Para usar um multímetro, seja real ou o do Tinkercad, normalmente devemos escolher a unidade e escala de medição. No caso do Tinkercad escolhemos apenas a unidade, ou seja o que queremos medir: corrente, tensão ou resistência.

Para medir a corrente devemos colocar o multímetro em série com o circuito ou componente que queremos medir. Dessa forma a corrente flui através do multímetro e a medição é apresentada no display.

Também é preciso verificar a polaridade da conexão do multímetro em relação ao que vamos medir. Ainda na Figura 1 podemos verificar a polaridade sendo representada pelos contatos vermelho (+) e preto (-). Temos que nos certificar de conectar o vermelho à entrada da corrente a ser medida e o preto deve seguir para o terra (-) do circuito.

Já na medição da tensão devemos colocar o multímetro em paralelo com o circuito ou componente que queremos medir. A polaridade também deve ser observada. Caso essa polaridade seja invertida os multímetros digitais tendem a mostrar o valor com o sinal negativo, assim como no Tinkercad.

Vamos observar a Figura 2. Nela temos a medição da corrente que flui pelo LED. Observe que o positivo (contato vermelho) do multímetro (A) está ligado ao cátodo do LED. Como o sentido convencional da corrente é fluir do positivo para o negativo temos esse fluxo saindo do cátodo e indo para o negativo da bateria através do multímetro (A), estando ele, portanto, em série com o LED. Podemos observar a medição de 16,2 mA de corrente que o LED está utilizando da bateria. O resistor R está limitando essa corrente.

Ainda na Figura 2 temos o multímetro (B), que está medindo a tensão sobre o LED. Observe que o positivo do multímetro (B) está conectado ao ânodo do LED, ou seja, no terminal positivo, e o negativo do multímetro (B) no negativo da bateria. O multímetro (B) apresenta o valor 2,04 V necessário para acender o LED sem danificá-lo.

Figura 2. Medição da corrente e tensão de um LED.

Medindo a Resistência

A Figura 2 apresenta ainda uma chave SW que desliga a conexão do multímetro (C), responsável por medir a resistência do resistor R. Esta chave foi colocada porquê não devemos medir a resistência de um componente ligado ao circuito.

Na Figura 3 podemos observar um comportamento indesejado no caso da medição com resistor conectado ao circuito energizado. Observe que as leituras dos multímetros (A) e (B) diferem do ideal e o LED está sobrecarregado, o que pode acarretar dano ao componente. Nesta figura podemos ainda verificar uma medição de erro no multímetro (C) impossibilitando a leitura do valor do resistor.

Figura 3. Erro ao medir o resistor ligado ao circuito.

Para medir corretamente o resistor devemos usar o multímetro na posição de resistência e conectar as pontas de prova em paralelo com o componente. Não há necessidade de observar polaridade quando medimos resistências, por isso nas imagens optei por usar fios da mesma cor, verde.

Na Figura 4 podemos observar essa ligação onde também temos a chave SW em outra posição, agora desligando o resistor do restante do circuito e possibilitando a correta medição da resistência R. O valor lido pelo multímetro (C) é 150 Ohms, o que condiz perfeitamente com o valor do componente sendo possível também de ser identificado pelo código de cores.

Como o LED não está conectado ao circuito devido ao uso da chave SW em modo aberto, não há fluxo de corrente e assim não é possível medir nem a tensão nem a corrente do LED.

Figura 4. Medição do resistor.

Experimente

A Figura 5 mostra uma versão dos circuitos apresentados anteriormente com uma única chave SW, capaz de alternar o que se quer medir: o valor do resistor ou a tensão e corrente. Basta mudar a posição da chave.

Na posição 1-2 teremos o fluxo de corrente através do LED e portanto serão apresentados os valores da tensão e corrente sobre este LED.

Já na posição 2-3 não há fluxo de corrente através do LED e assim será possível realizar a medição da resistência.

Figura 5. Circuito experimental finalizado.

Acesse o projeto no Tinkercad e experimente você mesmo as opções de uso do multímetro. O link para o exemplo deste post é o https://www.tinkercad.com/things/jikjT0kYtXq. Você pode copiar e realizar suas próprias verificações.

O multímetro no Tinkercad é uma ótima ferramenta para estudar a base da eletrônica, como operações envolvendo a Lei de Ohm, associação de resistores, alimentação etc.

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A seguir…

No próximo post vamos falar sobre o uso do gerador de funções no Tinkercad.

Ferramentas de Bancada no Tinkercad – Parte 1

Quando estamos realizando algum experimento em nossa bancada de eletrônica, ou na mesa da cozinha 😆, muitas vezes precisamos conhecer certos aspectos no funcionamento do circuito. Alguns desse aspectos são conhecidos quando nos fazemos algumas perguntas como “existe um curto em alguma parte do circuito?” , “será que está com mal contato?” ou ainda “está chegando alimentação?”.

Nesta série de posts vamos falar sobre as ferramentas de bancada no Tinkercad e aprender como utilizá-las.

Por mais simples que sejam estas perguntas, a importância das suas respostas é muito grande. A ocorrência de cada delas pode ocasionar em falhas que podem causar desde o mal funcionamento do seu projeto ou até mesmo danificar os componentes que você está usando.

Neste artigo vou mostrar algumas das ferramentas disponíveis no Tinkercad. São ferramentas que podemos ter na nossa bancada apesar de algumas delas terem o valor um tanto salgado para quem não trabalha profissionalmente com projetos de circuitos eletrônicos.

Apresentação das Ferramentas

Na Figura 1 temos a representação de algumas ferramentas de bancada que estão disponíveis no Tinkercad. Na Figura 1(A) temos o multímetro, na Figura 1(B) temos o Gerador de Funções, na Figura 1(C) temos o Osciloscópio e na Figura 1(D) temos a Fonte de energia.

Figura 1. Ferramentas de bancada no Tinkercad.

Cada uma destas ferramentas podem nos apresentar informações importantes para a criação dos nossos circuitos. Claro que no Tinkercad essas representações são ilustrativas e a aparência real de cada uma dessas ferramentas é bem diferente das mostradas no simulador, mas as funções delas no Tinkercad são similares.

Multímetro

A imagem de um multímetro real pode ser vista na Figura 2. No multímetro do Tinkercad é possível usar as funcionalidades de medir tensão, corrente e resistência. Já no aparelho real, como o da Figura 2, podemos ainda testar transistores, escolher entre tensão e/ou corrente contínua ou alternada, medir temperatura, frequência e outras funções que variam a cada modelo.

Figura 2. Multímetro digital

Gerador de Funções

O gerador de funções é um dispositivo capaz de gerar vários tipos de sinais em formas de onda diferentes e frequências diferentes. Um gerador de funções real, como apresentado na Figura 3, pode variar principalmente em sua capacidade de gerar frequências cada vez mais altas podendo chegar a centenas de MHz. No gerador de funções do Tinkercad podemos gerar sinais em ondas quadrada, senoidal e triangular e variar a amplitude, deslocamento CC e frequência. No equipamento real são encontradas outras funcionalidades como a geração de ruído branco, soma de sinais, além de ter vários canais de saída.

Figura 3. Gerador de funções.

Osciloscópio

O osciloscópio é aparelho que permite visualizar sinais, analógicos ou digitais, que são geralmente apresentados em uma tela contida no dispositivo. Apesar desta ser a principal função outras possibilidade é possível utilizar outras funções como a visualização das frequências contidas em um sinal com a funcionalidade da Transforma Rápida de Fourier (FFT, sigla do inglês Fast Fourier Transformation), execução de operações sobre o sinal, visualização da amplitude e frequência entre outas. Um osciloscópio real pode ser visto na Figura 4. No osciloscópio do Tinkercad temos apenas a funcionalidade de medição de frequência por unidade de tempo, que tem grande serventia para observação de possíveis fenômenos em nossos circuitos.

Figura 4. Osciloscópio.

Fonte de Energia

Basicamente qualquer circuito necessita de alimentação de uma fonte de energia, seja uma bateria ou uma fonte ligada à tomada da rede elétrica.

As fontes de bancada, como a apresentada na Figura 5, são ferramentas capazes de fornecer uma alimentação que geralmente pode ser variada de acordo com a necessidade. Essa variação pode ser na tensão ou corrente fornecida.

Figura 5. Fonte de energia variável, 0-30V / 10 A.

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A seguir…

No próximo post vamos falar sobre a forma correta de usar o multímetro no Tinkercad.

Visão Geral sobre o Sonar HC-SR04

Quando precisamos detectar obstáculos em nossos projeto temos algumas opções disponíveis. No mercado temos disponíveis sensores capazes de captar um obstáculo com tecnologias como laser, infravermelho ou ondas ultrassônicas.

Apesar dos diversos modelos é comum em projetos mais simples ou amadores nos depararmos com o sensor ultrassônico, ou sonar, HC-SR04. Este é um sensor de baixo custo muito fácil de encontrar no mercado principalmente em lojas especializadas em projetos com Arduino.

A Figura 1 apresenta o sonar HC-SR04. Podemos verificar que se trata de um módulo com 4 pinos (VCC, Trigger, Echo e GND) onde temos dois transdutores, sendo um para enviar o sinal ultrassônico e outro para captar o retorno.

Figura 1. HC-SR04
Fonte: https://pt.aliexpress.com/item/32939762416.html

Funcionamento

O sensor ultrassônico, ou simplesmente sonar, é um tipo de sensor capaz de utilizar a reflexão de ondas sonoras para mensurar a distância do objeto que refletiu a onda.

Geralmente a faixa de frequência utilizada por este tipo de sensor fica fora da faixa audível pelos seres humanos, capazes de ouvir frequências na faixa entre 20Hz e 20Khz. A Figura 2 mostra uma representação do funcionamento de um sensor ultrassônico, onde o Módulo Sonar emite uma onda que é refletida pelo objeto.

Figura 2. Representação do funcionamento de um sensor ultrassônico.

Para determinar a distância é preciso medir o tempo necessário para que a onda saia do sensor ultrassônico e retorne ao refletir em um objeto. A relação entre o tempo e a velocidade do som vai determinar a distância que o objeto está do sensor.

De acordo com o manual, disponível em (CYTRON TECHNOLOGIES, 2013), este modelo é capaz de detectar objetos entre 2 cm e 400 cm de distância com a resolução de 0,3 cm. Deve ser alimentado por uma fonte 5Vcc e sua interface de obtenção dos dados é através dos pino ECHO, que vai para nível alto quando recebe o retorno da onda.

No mercado temos outros modelos de sonar como o LV-MaxSonar®-EZ0™, no entanto, para muitos projetos o custo e as capacidades do HC-SR04 acabam determinando por sua escolha. Custando aproximadamente USD $1,00 ele se sobressai frente ao LV-MaxSonar®-EZ0™ que pode ficar em torno de USD $30,00.

Detecção de objetos

Em um projeto denominado ProtoSwarBot foram utilizandos três HC-SR04. O projeto consiste em um robô diferencial que necessitou de uma forma de detecção de obstáculos. A Figura 3 mostra a montagem do ProtoSwarBot e o detalhe dos sensores HC-SR04.

Figura 3. Foto do ProtoSwarBot destacando a disposição dos módulos HC-SR04.

Alguns experimentos com o sensor HC-SR04 foram realizados em uma sala fechada com 3 metros de largura por 6 metros de profundidade. Todos os testes foram realizados com o objeto a ser detectado em linha reta com o sonar central e o valor dado pelo sonar foi verificado utilizando uma trena.

O primeiro teste realizado foi a aferição do limite de detecção do sonar. O ProtoSwarBot foi deslocado em direção à profundidade da sala e o valor, obtido pelo sonar central de acordo com a Figura 3,  foi amostrado tendo como referência uma parede. O sonar foi capaz de fornecer a distância até 5,20 metros do limite da sala. Após esta distância os valores amostrados ficaram imprecisos, variando valores intermediários entre 4 e 6 metros. A distância inicial de medição foi de 4 cm.

O teste seguinte foi para aferir a detecção de objetos de tamanhos variados. Na mesma sala do teste anterior, foram colocados objetos a diferentes distâncias para medir a que distância mínima e máxima cada objeto seria detectado com precisão. Foram utilizados objetos com formato de cilindro e paralelepípedo. A Tabela 1 mostra as medições mínima e máxima realizadas para cada tipo de objeto. Na mesma tabela temos as dimensões do objeto de acordo com o tipo.

Tabela 1. Aferição da detecção de objetos de diferentes dimensões.

É possível verificar na Tabela 1 que foi possível detectar objetos de tamanhos e formas variadas. É também possível verificar que o tipo do objeto interferiu na detecção, onde temos o cilindro com 11 cm de diâmetro e o paralelepípedo com 11 cm largura com medições de distância diferentes. Isto ocorre devido à deflexão da onda do sonar na superfície convexa do cilindro.

Outra observação que se pode fazer observando os dados da Tabela 1 é em relação à distância mínima de detecção de um objeto. É possível verificar que o Paralelepípedo 1 tem distância mínima de detecção de 15 cm, o que significa que ele só começa a ser detectado nesta distância. Isto ocorre devido ao formato da onda emitida pelo sonar ser cônica e a altura do objeto ser apenas 1,5 cm. Nessas condições a onda não intercepta objetos próximos demais. Na Figura 4, que apresenta o funcionamento do sonar do ProtoSwarBot no simulador V-REP, é possível observar o formato cônico do sonar. A interseção, e consequentemente detecção, do cone do sonar com o objeto não ocorre na Figura 4(A), pois o paralelepípedo não está distante o suficiente do sonar. Na Figura 4(B) ocorre a interseção, pois o paralelepípedo está mais afastado do sonar.

Figura 4. Imagem do funcionamento do sonar do ProtoSwarBot no simulador V-REP.

Nos outros casos apresentados na Tabela 1 é possível verificar que se conseguiu detectar o menor cilindro, com diâmetro de 2,7 cm, à 30 cm de distância e o maior paralelepípedo a 380 cm, quase o limite do sensor. Objetos mais próximo que 4 cm não são detectados e o retorno do sonar é um valor aproximado de 4 cm. Caso o objeto esteja tão próximo que obstrua o sensor, foi observado que um valor de aproximadamente 1500 cm é retornado. Este valor pôde ser utilizado para identificar se o robô ficou preso se alguma forma e é tratado como uma situação anômala.

Referências

CYTRON TECHNOLOGIES. User’s Manual – HC-SR04 Ultrasonic Sensor. Disponível em: <https://docs.google.com/document/d/1Y-yZnNhMYy7rwhAgyL_pfa39RsB-x2qR4vP8saG73rE/edit>. Acesso em: 02/04/2020.

Controle de Fluxo de Água com Arduino – Conclusão

Neste quinto e último post da série sobre o desenvolvimento do Controle de Fluxo de Água com Arduino vamos mostrar o que foi alcançado e um pouco do código fonte desenvolvido.

Vídeo demonstrativo

Um pouco sobre o código fonte

O programa de controle foi desenvolvido na IDE do Arduino utilizando algumas bibliotecas para facilitar a vida :D.

Começando pelos includes. Foram utilizadas duas bibliotecas. A TM1637Display e a RotaryEncoder.

A primeira com o propósito de facilitar a escrita dos números nos display de 7 segmentos. A segunda biblioteca é utilizada para leitura do encoder rotatorio. Ambas foram adicionadas pelo link direto do Github que está no código fonte disponibilizado.

#include <TM1637Display.h>
#include <RotaryEncoder.h>

Eu costumo utilizar em meus projetos a ideia de maquina de estados. Para este pensei em 2 estados . O estado de espera e um estado para liberar a contagem do fluxo. Para ambos criei um #define para simplificar o uso.

#define ESPERA          0
#define LIBERA_CONTA    1

Após essas definições algumas variáveis globais foram declaradas incluindo a display, que instancia a classe TM1637Display fornecida pela biblioteca do display, e a encoder, que instancia a classe RotaryEncoder fornecida pela biblioteca do encoder rotatorio. Não entrarei em detalhes sobre as outras variáveis. Qualquer dúvida pode deixar um comentário.

Na função main foi preciso incializar os modos dos pinos e algumas configurações iniciais do display e do encoder.

void setup() {  
  Serial.begin(9600);
  
  pinMode(LED, OUTPUT);
  pinMode(BZR, OUTPUT);
  pinMode(SOLENOIDE, OUTPUT);
  pinMode(ADJ, INPUT);
  pinMode(SW, INPUT);
  
  display.setBrightness(0x0f);
  display.showNumberDec(0);

  initFlowSensor();
  
  Serial.println("INICIALIZA");
  Serial.println("ESTADO -> ESPERA"); 
}

O ideia de utilizar estados é manter o código simples e fácil de alterar ou corrigir. Consequência disto é que a função loop fica bem pequena. Ele tem apenas um switch que troca qual é o estado atual do sistema e executa uma função específica para o estado.

void loop() {
  switch (currentState) {
    case ESPERA: {
      executarEspera();
      break;
    }    
    case LIBERA_CONTA: {
      executarLiberaConta();
      break;
    }        
  }    
}

A função executarEspera é mostrada a seguir. Basicamente ela se mantém executando uma outra função, a runEncoder. No entando é nesta função que é verificado se o botão foi pressionado e caso isso ocorra o fluxo é liberado mudando a variável currentState. Um comportamento que adicionei a esta função é a liberação do fluxo enquanto o valor definido no display for zero e o botão se mantiver pressionado. Futuramente vou realizar uma refatoração deste código para que esta parte seja um novo estado e a função cumpra um único propósito.

void executarEspera() {
  adj = analogRead(ADJ);
  int pressed = digitalRead(SW);
  if (!pressed) {
      while(digitalRead(SW) == 0) {
        if (currentMls == 0) {
          freeFlow = true;
          checkFlow();
          digitalWrite (SOLENOIDE, HIGH);
          display.showNumberDec(totalMilliLitres);
        }
      }
      Serial.println("ESTADO -> LIBERA_CONTA");
      digitalWrite (SOLENOIDE, LOW);
      currentState = LIBERA_CONTA;
  }
  runEncoder();
}

A função runEncoder trata da leitura do encoder e da exibição do número no display.

void runEncoder() {
  
  static int encoderPosition = 0;  
  
  encoder.tick();  
  int newPos = encoder.getPosition();
  
  if (encoderPosition != newPos) {    
    encoderPosition = newPos;
    if (encoderPosition * -1 >= 0) {
      currentMls = -1 * encoderPosition * 10;
    } else {
      encoder.setPosition(0);
    }    
    display.showNumberDec(currentMls);
  }
}

A função executarLiberarConta executa do estado LIBERA_CONTA. É nela que, após o fluxo ser liberado, o número do display fica sendo atualizado. Caso o botão seja pressionado há um cancelamento do fluxo mesmo que não tenha finalizado para o caso de o usuário passar do ponto na escolha da quantidade.


void executarLiberaConta() {
  unsigned int delta = currentMls - totalMilliLitres;
  digitalWrite (SOLENOIDE, HIGH);
  Serial.println("LIBERA SOLENOIDE");
  while (currentMls > totalMilliLitres) {
    checkFlow();

    int parcial = currentMls - totalMilliLitres;
    if (parcial < 0) {
      parcial = 0;
    }
    display.showNumberDec(parcial);

    int pressed = digitalRead(SW);
    if (!pressed) {
        while(digitalRead(SW) == 0) {}
        currentMls = 0;
    }
  } 
  
  encoder.setPosition(0);
  currentMls = 0;
  totalMilliLitres = 0;
  display.showNumberDec(0);
  
  digitalWrite (SOLENOIDE, LOW);

  if (!freeFlow) {
    tone(BZR, 300, 500);
    delay(1000);
    tone(BZR, 300, 500);
    delay(1000);
    tone(BZR, 300, 500);
    delay(1000);
  }
  
  Serial.println("ESTADO -> ESPERA");
  freeFlow = false;
  currentState = ESPERA;
}

O código fonte completo você encontra em https://github.com/ricardoteix/purific_control.

Com este post concluo a apresentação deste projeto. Espero que você tenho gostado. Deixem suas dúvidas, dicas ou sugestões de melhoria.

Controle de Fluxo de Água com Arduino – Parte 4

Este é o quarto post da série sobre o desenvolvimento do Controle de Fluxo de Água com Arduino. Agora vamos abordar o projeto da placa de circuito impresso (PCI, ou PCB na sigla do inglês Printed Circuit Board). Esperamos como resultado ter uma placa de qualidade para o nosso projeto.

Como vimos em posts anteriores, este projeto utiliza um Arduino Nano além de outros componentes. Para comportar todos de forma definitiva foi projetada uma placa de circuito impresso. Assim teremos uma abordagem que dá um toque mais profissional ao projeto que utilizar protoboard ou mesmo utilizar uma placa padrão.

Projeto da PCB

No projeto do circuito elétrico apresentado no post anterior utilizamos um Arduino Nano e alguns componentes como resistores, capacitores e reguladores de tensão. A partir daí podemos perceber a necessidade de acomodar estes componentes. Era preciso criar uma placa que possibilitasse o encaixe do Arduino Nano e também acomodasse outros componentes. A partir do foi iniciado o projeto da PCB.

Além dos componentes de encaixe seria preciso adicionar foi preciso criar a etapa de alimentação e ajuste do sensor de fluxo. Na Figura 1 é possível observar o projeto da placa principal e na Figura 2 a placa auxiliar.

Figura 1 – PCB da placa principal.
Figura 2 – PCB da placa auxiliar.

A alimentação parte da placa principal e é levada para a auxiliar por um cabo RJ45 nos conectores RJ1 e RJ2. Neste cabo também está a alimentação, fornecida para a solenoide e para o sensor de fluxo. Também é por este cabo que o sinal do sensor de fluxo volta da placa auxiliar ao Arduino Nano.

Na placa principal temos os conectores J3 e H1 para conectar o Encoder e o Display, respectivamente. Nela também temos o R2, um trimpot para ajuste da calibração do do sensor de fluxo e o botão de reset do sistema.

Produção Profissional da PCB

O projeto foi todo desenvolvido no easyeda.com, um site que contém uma ferramenta de desenho de circuitos de várias camadas e com diversas ferramentas e bibliotecas de componentes.

Há diversos sites que você pode acessar para fazer sua placa após finalizar o projeto. Eu já fiz algumas placas na jlcpcb.com. Uma fábrica chinesa com preços muito bons, processo desburocratizado e rápido. Como resultado temos uma placa de qualidade profissional produzida em um processo industria. A única desvantagem é o tempo de chagada que fica em torno de 30 dias.

O resultado final da produção da placa pode ser visto nas Figuras 3.

Figura 3 – Placa final do projeto.

Para saber mais sobre como criar uma uma PCB fazendo uma shield para Arduino clique aqui e conheça o curso Circuito Impresso: Criando uma Shield para Arduino.

No próximo post vamos falar sobre as considerações finais sobre o projeto e possíveis melhorias.