Fundamentação Teórica de um Sumobot

UNIVERSIDADE POSITIVO ESCOLA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃOESCOLA POLITÉCNICA ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO ELETRÔNICA ANALÓGICA II RELATÓRIO SUMOBOT PROJETO DA DISCIPLINA Gustavo Razera Leonardo Souza Furiski Wilson Reback CURITIBA 2024 2 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO3 2 MATERIAL UTILIZADO4 21 Componentes4 22 Materiais diversos4 3 TABELA DE CUSTOS4 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA5 5 DESENVOLVIMENTO6 51 Construção da ponte H6 52 Programação Arduino7 53 Testes e Montagem9 REFERÊNCIAS12 3 1 INTRODUÇÃO Foi solicitado pelo Professor Dr Jackson Milano a realização de um projeto e a construção de um robô sumobot o qual deveria ser controlado por controle remoto e ter controle dos motores por ponte H confeccionada com transistores TBJ O objetivo do projeto é desenvolver o conhecimento eletrônico e as aplicações práticas dos transistores as quais estão presentes na matéria de Eletrônica Analógica II Além de desenvolver os conhecimentos o projeto solicitado foi utilizado para apresentação na semana acadêmica na qual ocorreu a feira de profissões da universidade Positivo realizada no dia 02102024 e para a batalha de sumobots disputada por equipes de alunos de Engenharia da Computação e Elétrica realizada no mesmo dia 4 2 MATERIAL UTILIZADO 21 Componentes Arduino Uno R3 Motor DC 12 V 05 A 130 rpm Transistores TIP120 TIP127 Resistores 27 KΩ Bateria de Lítio 12 V 4400 mAh Módulo Bluetooth RS232 HC05 22 Materiais diversos Fios para conexão jumpers Matriz de contato Chassi de MDF Parafusos Rodas Dissipadores de calor 3 TABELA DE CUSTOS Tabela de componentes e seus respectivos custos utilizados para a montagem do robô Sumobot Tabela de Custos Descrição Qnt Valor Arduino Uno R3 1 R 4500 Modulo Bluetooth RS232 HC05 1 R 4390 Bateria Lítio 12 V 1 R 12818 Motor DC 12 V com rodas 2 R 16570 Transistores TIP120 c 10 4 R 2280 Transistores TIP127 c 10 4 R 5 2280 Chassi de MDF 1 R 7239 Resistor 27 KΩ c 10 8 R 114 Tot al R 50191 Tabela 1 Tabela de Custos Fonte Os Autores 2024 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 6 5 DESENVOLVIMENTO 51 Construção da ponte H Um dos primeiros pontos decididos para o projeto foi a construção da ponte H essencial para o controle dos motores Primeiramente foi construído o seu diagrama esquemático representado abaixo Imagem 1 Diagrama Esquemático ponte H Fonte Os autores 2024 7 Após o diagrama esquemático a ponte H foi montada em uma matriz de contato utilizando jumpers resistores 27 KΩ transistores TIP120 TIP127 e dissipadores de calor nos transistores para que não aquecessem devido a alta corrente fornecida pela fonte Imagem 2 Ponte H Montada Fonte Os Autores 2024 52 Programação Arduino Para o funcionamento adequado do robô com o controle remoto foi necessário a criação de uma programação para o controle dos motores a programação foi realizada utilizando o próprio aplicativo da Arduino O código é descrito abaixo define CUSTOMSETTINGS define INCLUDEGAMEPADMODULE include Dabbleh void setup Serialbegin9600 Dabblebegin9600 pinMode11OUTPUT pinMode10OUTPUT pinMode9OUTPUT pinMode6OUTPUT else if GamePadisDownPressed SerialprintDOWN digitalWrite11LOW digitalWrite10HIGH digitalWrite9LOW digitalWrite6HIGH else if GamePadisLeftPressed SerialprintLeft digitalWrite11HIGH digitalWrite10LOW digitalWrite9LOW digitalWrite6LOW void loop DabbleprocessInput SerialprintKeyPressed if GamePadisUpPressed SerialprintUP digitalWrite11HIGH digitalWrite10LOW digitalWrite9HIGH digitalWrite6LOW else if GamePadisRightPressed SerialprintRight digitalWrite11LOW digitalWrite10LOW digitalWrite9HIGH digitalWrite6LOW else if GamePadisSquarePressed SerialprintSquare else if GamePadisCirclePressed SerialprintCircle 9 53 Testes e Montagem Primeiramente foram realizados testes com o circuito em bancada para testar a funcionalidade da ponte H Utilizando o aplicativo de celular Dabble App responsável por simular o controle foi possível mandar os para o Arduino que a partir da programação o manda os sinais para a ponte H A ponte H por sua vez após receber o sinal do Arduino determina se o um motor gira ou não e determina qual o sentido da rotação O circuito montado é representado na imagem abaixo 10 Imagem 3 Teste de bancada Fonte Os Autores 2024 Com os testes positivos do circuito e apresentar corretamente os comandos enviados pelo controle remoto foi realizado a montagem do circuito no chassi do robô Como apresentado na imagem abaixo Imagem 4 Robô Sumobot Fonte Os Autores 2024 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS A atividade prática proporcionou uma compreensão aprofundada do funcionamento dos transistores que foi crucial para o desafio de montar o robô Sumobot utilizando uma ponte H composta por transistores Foram colocados em prática os conhecimentos adquiridos nas aulas de Eletrônica Analógica II 11 ministradas pelo professor Jackson Milano onde foi ensinado o princípio de funcionamento dos transistores Durante a construção da ponte H observouse que os transistores aqueciam excessivamente ao ponto de produzir fumaça quando o valor do resistor de base era inferior a 47 kΩ Quando os resistores utilizados eram superiores a ponte H não conseguia operar corretamente resultando em falhas no funcionamento do circuito Essa situação impediu a realização do controle adequado dos motores comprometendo o desempenho esperado do robô Para resolver o problema o professor forneceu dissipadores de calor permitindo a utilização de resistores de valor mais baixo e garantindo o funcionamento adequado da ponte H Após resolver o problema de aquecimento dos transistores com o uso de dissipadores observouse que os motores ainda não funcionavam corretamente Após diversas análises e substituições de componentes identificouse que dois transistores e alguns jumpers estavam com falhas Para diagnosticar os jumpers foi utilizado um LED azul aqueles com falhas não acendiam o LED ou apresentavam intensidade reduzida Quanto aos transistores o problema era mais específico Quando o robô recebia o comando para ré um dos motores não funcionava mas funcionava corretamente quando o comando era para frente Através da substituição dos transistores foi possível identificar que alguns estavam queimados Após a troca as falhas no funcionamento dos motores foram resolvidas Por fim a experiência com o desenvolvimento do Sumobot foi extremamente enriquecedora Apesar dos desafios enfrentados ao longo do processo a oportunidade de aprender foi significativa A pesquisa de diferentes abordagens em sites e vídeos contribuiu para ampliar os conhecimentos e encontrar soluções criativas para o projeto tornando a atividade um exercício técnico que ofereceu um aprendizado prático e desafiador promovendo uma visão mais profunda sobre a aplicação dos conceitos dos transistores 12 REFERÊNCIAS Ashenden P J 2008 The Designers Guide to VHDL Morgan Kaufmann ISBN 9780120887859 Maxfield C 2004 The Design Warriors Guide to FPGAs Devices Tools and Flows Elsevier ISBN 9780750676045 Erickson R W Maksimovic D 2001 Fundamentals of Power Electronics Springer ISNB 9780792372707 UNIVERSIDADE POSITIVO ESCOLA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃOESCOLA POLITÉCNICA ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO ELETRÔNICA ANALÓGICA II RELATÓRIO SUMOBOT PROJETO DA DISCIPLINA Gustavo Razera Leonardo Souza Furiski Wilson Reback CURITIBA 2024 2 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO3 2 MATERIAL UTILIZADO4 21 Componentes4 22 Materiais diversos4 3 TABELA DE CUSTOS4 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA5 41 Arduino Uno R35 411 Especificações Técnicas5 412 Papel do Arduino Uno R3 no Projeto Sumobot5 413 Vantagens da Arquitetura6 42 Ponte H6 421 Funcionamento da Ponte H7 422 Componentes da Ponte H no Projeto Sumobot7 423 Aplicação no Sumobot8 43 Motores DC 12V8 44 Módulo Bluetooth RS232 HC059 441 Funcionamento e Integração9 442 Aplicações em Automação e Controle10 45 Transistores TIP120 e TIP12710 451 TIP12010 452 TIP12711 453 Integração com a Ponte H11 5 DESENVOLVIMENTO12 51 Construção da ponte H12 52 Programação Arduino13 53 Testes e Montagem15 REFERÊNCIAS17 3 1 INTRODUÇÃO Foi solicitado pelo Professor Dr Jackson Milano a realização de um projeto e a construção de um robô sumobot o qual deveria ser controlado por controle remoto e ter controle dos motores por ponte H confeccionada com transistores TBJ O objetivo do projeto é desenvolver o conhecimento eletrônico e as aplicações práticas dos transistores as quais estão presentes na matéria de Eletrônica Analógica II Além de desenvolver os conhecimentos o projeto solicitado foi utilizado para apresentação na semana acadêmica na qual ocorreu a feira de profissões da universidade Positivo realizada no dia 02102024 e para a batalha de sumobots disputada por equipes de alunos de Engenharia da Computação e Elétrica realizada no mesmo dia else if GamePadisDownPressed SerialprintDOWN digitalWrite11LOW digitalWrite10HIGH digitalWrite9LOW digitalWrite6HIGH else if GamePadisLeftPressed SerialprintLeft digitalWrite11HIGH digitalWrite10LOW digitalWrite9LOW digitalWrite6LOW else if GamePadisCrossPressed SerialprintCross else if GamePadisTrianglePressed SerialprintTriangle else if GamePadisStartPressed SerialprintStart else if GamePadisRightPressed SerialprintRight digitalWrite11LOW digitalWrite10LOW digitalWrite9HIGH digitalWrite6LOW else if GamePadisSquarePressed SerialprintSquare else if GamePadisCirclePressed SerialprintCircle 4 2 MATERIAL UTILIZADO 21 Componentes Arduino Uno R3 Motor DC 12 V 05 A 130 rpm Transistores TIP120 TIP127 Resistores 27 KΩ Bateria de Lítio 12 V 4400 mAh Módulo Bluetooth RS232 HC05 22 Materiais diversos Fios para conexão jumpers Matriz de contato Chassi de MDF Parafusos Rodas Dissipadores de calor 3 TABELA DE CUSTOS Tabela de componentes e seus respectivos custos utilizados para a montagem do robô Sumobot Tabela de Custos Descrição Qnt Valor Arduino Uno R3 1 R 4500 Modulo Bluetooth RS232 HC05 1 R 4390 Bateria Lítio 12 V 1 R 12818 Motor DC 12 V com rodas 2 R 16570 Transistores TIP120 c 10 4 R 2280 Transistores TIP127 c 10 4 R 5 2280 Chassi de MDF 1 R 7239 Resistor 27 KΩ c 10 8 R 114 Tot al R 50191 Tabela 1 Tabela de Custos Fonte Os Autores 2024 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 41 Arduino Uno R3 O Arduino Uno R3 é uma placa de prototipagem eletrônica baseada no microcontrolador ATmega328P da família AVR fabricado pela Atmel atualmente parte da Microchip Technology Essa placa é amplamente utilizada em sistemas embarcados e aplicações de controle devido à sua versatilidade baixo custo e capacidade de integração com diversos sensores e atuadores 411 Especificações Técnicas Microcontrolador ATmega328P que opera a uma frequência de 16 MHz com uma arquitetura de 8 bits O microcontrolador tem 32 KB de memória flash para armazenamento de código dos quais 05 KB são usados pelo bootloader Memória RAM 2 KB de SRAM Memória EEPROM 1 KB útil para o armazenamento de dados que precisam ser preservados entre reinicializações Tensão de Operação O Arduino Uno R3 é alimentado com uma tensão de 5V porém suporta uma tensão de entrada entre 7V e 12V através do conector DC ou de 5V via USB Entradas e Saídas Digitais GPIO 14 pinos digitais dos quais 6 podem ser utilizados como saídas PWM Pulse Width Modulation o que é essencial para controlar motores e LEDs com intensidade variável Entradas Analógicas 6 pinos de entrada analógica que permitem a leitura de sinais variáveis com uma resolução de 10 bits correspondendo a uma faixa de leitura de 0 a 1023 Portas de Comunicação Possui uma porta UART para comunicação serial TXRX além de suporte a comunicação I2C e SPI permitindo a interface com uma vasta gama de dispositivos como sensores e módulos de comunicação 412 Papel do Arduino Uno R3 no Projeto Sumobot No projeto do Sumobot o Arduino Uno R3 atuou como o controlador central do sistema sendo responsável por processar todas as entradas do módulo Bluetooth 6 HC05 e gerenciar a lógica de controle dos motores Esse controle foi feito por meio da comunicação com a ponte H um circuito de chaveamento baseado em transistores responsável por controlar a polaridade e consequentemente o sentido de rotação dos motores de corrente contínua DC A escolha do Arduino foi estratégica devido à sua capacidade de realizar múltiplas tarefas simultaneamente tais como Controle dos motores via PWM A modulação por largura de pulso PWM é um dos principais métodos para controlar a velocidade de motores DC No Sumobot a funcionalidade de PWM foi utilizada para variar a velocidade dos motores permitindo o controle preciso da movimentação do robô em resposta aos comandos enviados pelo aplicativo de controle remoto Leitura de sinais do módulo Bluetooth HC05 O Arduino recebe comandos via Bluetooth usando a comunicação serial UART Esses comandos são processados em tempo real permitindo a interação do usuário com o robô através de um smartphone O aplicativo usado o Dabble App envia sinais que são traduzidos pelo Arduino em comandos que acionam os motores Monitoramento de tensões e correntes Embora não tenha sido amplamente destacado no projeto a capacidade do Arduino de ler entradas analógicas poderia ser explorada para monitorar parâmetros como a tensão da bateria ou a corrente nos motores prevenindo problemas como sobrecarga ou queda de tensão que poderiam comprometer o desempenho do Sumobot durante a competição 413 Vantagens da Arquitetura De acordo com Margolis 2011 o Arduino Uno possui uma interface simplificada de programação que o torna extremamente flexível para diversos tipos de projetos especialmente na área de robótica Além disso sua comunidade global e a vasta quantidade de bibliotecas prédesenvolvidas facilitam a implementação de funcionalidades avançadas sem a necessidade de programação complexa Isso se reflete na facilidade com que o sistema de controle remoto do robô foi implementado permitindo que o foco estivesse na otimização do desempenho do hardware e da construção física do robô Segundo Maffezzoli 2015 o Arduino é especialmente indicado para aplicações de controle embarcado que necessitam de interatividade e resposta rápida como é o caso de robôs móveis Sua capacidade de integrar sensores e atuar diretamente sobre motores com baixa latência é essencial para sistemas autônomos ou controlados remotamente como o Sumobot onde o tempo de resposta e a precisão dos comandos são fatores determinantes para o sucesso nas competições 42 Ponte H A ponte H é um circuito amplamente utilizado para o controle da direção de rotação de motores DC essencial em aplicações como robótica automação e sistemas de 7 controle como o Sumobot Esse circuito permite que a polaridade da tensão aplicada ao motor seja alterada o que por sua vez muda o sentido da rotação do motor Sua configuração é composta por quatro chaves eletrônicas ou mecânicas dispostas na forma de um H onde o motor é conectado no centro do circuito No projeto do Sumobot a ponte H foi montada utilizando transistores TIP120 NPN e TIP127 PNP conforme especificado 421 Funcionamento da Ponte H A operação da ponte H baseiase no controle seletivo das chaves dispostas em suas extremidades Para que o motor gire em um sentido é necessário acionar dois transistores opostos diagonalmente fazendo com que a corrente flua através do motor em uma direção Para inverter o sentido de rotação o outro par de transistores é acionado revertendo a polaridade da tensão aplicada ao motor Como abordado por Patsko 2006 no tutorial sobre a montagem da ponte H o uso de transistores em substituição a chaves mecânicas ou relés é altamente recomendado especialmente quando se trata de microcontroladores como o Arduino Isso ocorre porque os sinais de controle digitais gerados pelo microcontrolador possuem uma corrente e tensão insuficientes para acionar diretamente os motores Dessa forma os transistores atuam como amplificadores de corrente permitindo que uma pequena corrente de controle seja usada para controlar a corrente maior necessária para alimentar os motores 422 Componentes da Ponte H no Projeto Sumobot No projeto do Sumobot a ponte H foi implementada utilizando os seguintes componentes Transistores TIP120 e TIP127 Esses transistores de potência foram escolhidos pela sua capacidade de operar com correntes elevadas e dissipar o calor gerado O TIP120 sendo um transistor NPN permite a condução de corrente do coletor para o emissor quando um nível lógico alto é aplicado à sua base Já o TIP127 um transistor PNP permite a condução no sentido inverso ou seja do emissor para o coletor quando um nível lógico baixo é aplicado Resistores de 27 KΩ Esses resistores limitam a corrente que polariza a base dos transistores evitando que uma corrente excessiva danifique os componentes No caso do Sumobot a utilização de resistores foi fundamental para garantir o funcionamento adequado da ponte H minimizando o risco de superaquecimento dos transistores durante a operação dos motores Diodos de proteção Como recomendado por Patsko 2006 os diodos 1N4004 foram integrados ao circuito para proteger os transistores dos picos de corrente gerados pelas propriedades indutivas dos motores Esses picos de corrente que ocorrem quando os transistores são desligados podem danificar permanentemente o circuito e os diodos atuam como um caminho alternativo para dissipar essa energia de forma segura 8 423 Aplicação no Sumobot No Sumobot a ponte H é controlada diretamente pelo Arduino que gera sinais PWM Pulse Width Modulation para ajustar a velocidade dos motores além de controlar a direção de rotação por meio dos níveis lógicos aplicados às bases dos transistores A modulação por PWM permite que a velocidade do robô seja ajustada dinamicamente durante a competição fornecendo maior controle sobre o movimento e a precisão nas manobras Conforme mencionado por Patsko 2006 o circuito da ponte H é suscetível a curtoscircuitos caso dois transistores do mesmo lado do H sejam acionados simultaneamente uma vez que isso causaria um fluxo direto de corrente entre os polos positivo e negativo da fonte de alimentação Esse cuidado foi rigorosamente observado no projeto do Sumobot garantindo que os sinais de controle gerados pelo Arduino fossem corretamente configurados para evitar essa falha potencial 43 Motores DC 12V O motor DC 12V é um dos principais componentes responsáveis pelo movimento do Sumobot sendo alimentado diretamente pela bateria de 12V e controlado pela ponte H Esses motores são conhecidos por sua simplicidade de controle e por sua robustez em aplicações que requerem tanto torque quanto velocidade Os motores escolhidos para o projeto possuem uma corrente de operação de 5 A e uma rotação de 130 rpm o que oferece uma boa combinação de força e controle durante a competição Os motores DC funcionam através da conversão de energia elétrica em energia mecânica baseandose no princípio da força de Lorentz Quando uma corrente elétrica percorre os enrolamentos do rotor em um campo magnético é gerada uma força que provoca o movimento de rotação A velocidade e o torque do motor são proporcionais à tensão aplicada e à corrente que ele consome Figura XX Estrutura de um motor elétrico 9 Fonte Disponível em httpsc2oprobrautomacaoapkhtml No Sumobot o motor é controlado pela ponte H que ao alterar a polaridade da corrente consegue reverter o sentido de rotação do motor Essa configuração é fundamental para permitir que o robô se mova para frente e para trás oferecendo flexibilidade em seu deslocamento Além disso a tensão de 12V aplicada foi escolhida para proporcionar o equilíbrio necessário entre torque e velocidade garantindo que o Sumobot tenha força suficiente para competir contra outros robôs O controle do motor foi realizado com a ajuda de transistores TIP120 e TIP127 que compõem a ponte H juntamente com resistores e dissipadores de calor para evitar o superaquecimento dos componentes Essa escolha garantiu um controle eficiente do motor DC durante os testes e a competição 44 Módulo Bluetooth RS232 HC05 O módulo Bluetooth RS232 HC05 foi escolhido para permitir a comunicação sem fio entre o robô Sumobot e o controle remoto possibilitando o envio de comandos para controlar os motores do robô Este módulo opera em uma frequência de 24 a 2485 GHz com uma cobertura de até 30 pés aproximadamente 9 metros o que garante uma comunicação confiável dentro do raio de controle necessário para a competição 441 Funcionamento e Integração Inicialmente o módulo Bluetooth HC05 é emparelhado com um dispositivo móvel geralmente um smartphone Android utilizando um método de emparelhamento com senha O código padrão é inserido no telefone permitindo que o módulo HC05 seja vinculado ao dispositivo móvel Uma vez pareado o módulo está pronto para receber comandos que podem ser enviados por meio de um aplicativo de controle remoto como o Dabble App utilizado neste projeto 10 Após o emparelhamento os comandos são enviados via Bluetooth a partir do celular O módulo HC05 recebe esses comandos através de seu pino de recepção RX e os repassa para o Arduino Uno R3 que atua como controlador principal O Arduino por sua vez interpreta os sinais recebidos e aciona as saídas adequadas para controlar a ponte H e consequentemente a direção e a velocidade dos motores Além de comandos manuais o módulo também pode ser configurado para receber comandos de voz transformando o smartphone em uma interface de controle mais intuitiva Com o auxílio de aplicativos específicos os comandos de voz são convertidos em sinais Bluetooth que são enviados ao módulo HC05 Essa funcionalidade aumenta a versatilidade do sistema de controle do Sumobot permitindo diferentes modos de interação com o robô 442 Aplicações em Automação e Controle O uso de módulos Bluetooth como o HC05 não se limita apenas a robôs Eles também são amplamente aplicados em sistemas de automação residencial e industrial Conforme estudos realizados por Rajeev Piyare e Tazil M 2011 sistemas de automação residencial baseados em Bluetooth permitem controlar dispositivos eletrônicos utilizando um telefone celular o que facilita a interação e o controle remoto desses aparelhos De maneira similar Sandeep Kumar e Mohammed A Qadeer 2009 também discutira o uso do Bluetooth para automação e controle digital universal destacando sua eficácia em ambientes industriais Já Hiroshi Kanma et al 2003 apresentaram uma abordagem que demonstra a integração de celulares com sistemas de automação via Bluetooth permitindo que dispositivos domésticos sejam controlados remotamente Essa tecnologia tem o potencial de facilitar o controle de robôs e dispositivos inteligentes de maneira intuitiva e acessível sendo um componente essencial em projetos como o Sumobot 45 Transistores TIP120 e TIP127 Os transistores TIP120 e TIP127 são amplamente utilizados em circuitos de controle de motores devido à sua capacidade de suportar correntes elevadas Eles fazem parte da família de transistores Darlington sendo compostos por dois transistores em configuração Darlington o que proporciona um ganho de corrente maior Isso significa que com uma corrente de base relativamente baixa é possível controlar correntes elevadas no coletor tornandoos ideais para aplicações de chaveamento de alta potência como a ponte H no controle de motores do Sumobot 451 TIP120 O TIP120 é um transistor NPN Darlington com uma corrente máxima de coletor IC de 5 A e tensão máxima coletoremissor VCEO de 60 V Ele é utilizado na ponte H para controlar a direção dos motores de corrente contínua DC A configuração Darlington aumenta o ganho de corrente permitindo o controle eficaz do motor com baixa corrente de entrada no Arduino FAIRCHILD SEMICONDUCTOR 2014 11 452 TIP127 O TIP127 complementar ao TIP120 é um transistor PNP Darlington Ele possui especificações semelhantes ao TIP120 com uma corrente de coletor de 5 A e tensão coletoremissor de 60 V No circuito da ponte H o TIP127 trabalha em conjunto com o TIP120 para alterar a polaridade da corrente no motor permitindo o controle da direção de rotação FAIRCHILD SEMICONDUCTOR 2014 453 Integração com a Ponte H A ponte H é um circuito essencial em robótica para controlar a direção de motores DC No Sumobot a ponte H foi implementada usando os transistores TIP120 NPN e TIP127 PNP permitindo o controle bidirecional dos motores Quando um par de transistores é acionado a corrente flui em uma direção pelo motor e quando o outro par é ativado a corrente flui na direção oposta invertendo o sentido de rotação do motor Os transistores foram escolhidos por sua capacidade de suportar altas correntes característica essencial para garantir o funcionamento contínuo do Sumobot sob condições de carga O uso de resistores de base no circuito limitou a corrente que flui para a base dos transistores garantindo a operação segura e evitando a queima dos componentes Além disso o uso de dissipadores de calor foi necessário dado que os transistores podem gerar calor excessivo durante o funcionamento especialmente em condições de operação prolongada FAIRCHILD SEMICONDUCTOR 2014 Figura XX Circuito equivalente transistor TIP120 NPN Fonte TIP120 Datasheet Disponível em httpscomponents101comtransistorstip120pinoutdatasheetequivalent 12 5 DESENVOLVIMENTO 51 Construção da ponte H Um dos primeiros pontos decididos para o projeto foi a construção da ponte H essencial para o controle dos motores Primeiramente foi construído o seu diagrama esquemático representado abaixo Imagem 1 Diagrama Esquemático ponte H Fonte Os autores 2024 13 Após o diagrama esquemático a ponte H foi montada em uma matriz de contato utilizando jumpers resistores 27 KΩ transistores TIP120 TIP127 e dissipadores de calor nos transistores para que não aquecessem devido a alta corrente fornecida pela fonte Imagem 2 Ponte H Montada Fonte Os Autores 2024 52 Programação Arduino Para o funcionamento adequado do robô com o controle remoto foi necessário a criação de uma programação para o controle dos motores a programação foi realizada utilizando o próprio aplicativo da Arduino O código é descrito abaixo 15 53 Testes e Montagem Primeiramente foram realizados testes com o circuito em bancada para testar a funcionalidade da ponte H Utilizando o aplicativo de celular Dabble App responsável por simular o controle foi possível mandar os para o Arduino que a partir da programação o manda os sinais para a ponte H A ponte H por sua vez após receber o sinal do Arduino determina se o um motor gira ou não e determina qual o sentido da rotação O circuito montado é representado na imagem abaixo Imagem 3 Teste de bancada Fonte Os Autores 2024 Com os testes positivos do circuito e apresentar corretamente os comandos enviados pelo controle remoto foi realizado a montagem do circuito no chassi do robô Como apresentado na imagem abaixo Imagem 4 Robô Sumobot Fonte Os Autores 2024 16 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS A atividade prática proporcionou uma compreensão aprofundada do funcionamento dos transistores que foi crucial para o desafio de montar o robô Sumobot utilizando uma ponte H composta por transistores Foram colocados em prática os conhecimentos adquiridos nas aulas de Eletrônica Analógica II ministradas pelo professor Jackson Milano onde foi ensinado o princípio de funcionamento dos transistores Durante a construção da ponte H observouse que os transistores aqueciam excessivamente ao ponto de produzir fumaça quando o valor do resistor de base era inferior a 47 kΩ Quando os resistores utilizados eram superiores a ponte H não conseguia operar corretamente resultando em falhas no funcionamento do circuito Essa situação impediu a realização do controle adequado dos motores comprometendo o desempenho esperado do robô Para resolver o problema o professor forneceu dissipadores de calor permitindo a utilização de resistores de valor mais baixo e garantindo o funcionamento adequado da ponte H Após resolver o problema de aquecimento dos transistores com o uso de dissipadores observouse que os motores ainda não funcionavam corretamente Após diversas análises e substituições de componentes identificouse que dois transistores e alguns jumpers estavam com falhas Para diagnosticar os jumpers foi utilizado um LED azul aqueles com falhas não acendiam o LED ou apresentavam intensidade reduzida Quanto aos transistores o problema era mais específico Quando o robô recebia o comando para ré um dos motores não funcionava mas funcionava corretamente quando o comando era para frente Através da substituição dos transistores foi possível identificar que alguns estavam queimados Após a troca as falhas no funcionamento dos motores foram resolvidas Por fim a experiência com o desenvolvimento do Sumobot foi extremamente enriquecedora Apesar dos desafios enfrentados ao longo do processo a oportunidade de aprender foi significativa A pesquisa de diferentes abordagens em sites e vídeos contribuiu para ampliar os conhecimentos e encontrar soluções criativas para o projeto tornando a atividade um exercício técnico que ofereceu um 17 aprendizado prático e desafiador promovendo uma visão mais profunda sobre a aplicação dos conceitos dos transistores REFERÊNCIAS Ashenden P J 2008 The Designers Guide to VHDL Morgan Kaufmann ISBN 9780120887859 Maxfield C 2004 The Design Warriors Guide to FPGAs Devices Tools and Flows Elsevier ISBN 9780750676045 Erickson R W Maksimovic D 2001 Fundamentals of Power Electronics Springer ISNB 9780792372707 MAFFEZZOLI Aldo Robótica e automação residencial básica com Arduino São Paulo Érica 2015 MARGOLIS Michael Arduino Cookbook 2 ed Sebastopol OReilly Media 2011 18 PATSKO Luís Fernando Montagem da Ponte H São Paulo Pesquisa e Desenvolvimento de Produtos 2006 Disponível em httpwwwmaxwellbohrcombr Acesso em 24 set 2024 UMANS Stephen D Máquinas Elétricas Fitzgerald and Kingsleys Electric Machinery 7th Edition McGraw Hill Education New York NY USA 2014 PIYARE Rajeev TAZIL M Bluetooth based home automation system using cell phone In 2011 IEEE International Symposium on Consumer Electronics 2011 pp 192195 KUMAR Sandeep QADEER Mohammed A Universal digital device automation and control home and industrial appliance automation In IEEE International Conference on Computer Science and Information Technology 2009 pp 490494 KANMA Hiroshi et al Home appliance control system over Bluetooth with a cellular phone IEEE Transactions on Consumer Electronics v 49 n 4 p 10491053 2003 TIP120 Datasheet Disponível em httpscomponents101comtransistorstip120 pinoutdatasheetequivalent Acesso em 17 set 2020 FALTA REFERENCIA MOTOR E TRANSISTORES E FOTOS