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FACULDADE INDEPENDENTE DO NORDESTE – FAINOR ALINE SILVA RAMOS

BIOTABLE RGB MICROCONTROLADA

VITÓRIA DA CONQUISTA 2007


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ALINE SILVA RAMOS

BIOTABLE RGB MICROCONTROLADA

Monografia apresentada a Independente do Nordeste, Engenharia de Computação requisito para obtenção do grau em Engenharia de Computação.

Faculdade Curso de como préde bacharel

Orientador: Wilton Lacerda Silva Co-orientador: Vanderlei Salvador Bagnato

VITÓRIA DA CONQUISTA 2007


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ALINE SILVA RAMOS

BIOTABLE RGB MICROCONTROLADA

Aprovada em ___/___/___

BANCA EXAMINADORA / COMISSテグ AVALIADORA

____________________________________________________________________ Msc. Wilton Lacerda Silva. Faculdade Independente do Nordeste

____________________________________________________________________ Dr. Carlos Takiya. Faculdade Independente do Nordeste

____________________________________________________________________ Dr. Ivanor Nunes de Oliveira. Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia


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AGRADECIMENTOS

Agradeço a todos os que me ajudaram na elaboração deste trabalho: A Deus por tudo, pois sem Ele eu não teria chegado a mais essa etapa; A minha mãe Jânia Ferraz que sempre esteve ao meu lado orando por minha vida; A minhas tias Elza e Jussara Ferraz que sempre contribuíram com a minha formação; Ao meu namorado Itamar Aragão pela compreensão e carinho; A todos os meus amigos, em especial a Leila Pinchemel, Cléia Libarino, Paulo Inforçatti, Elizeu Ribeiro e João Nogueira que me ajudaram direta ou indiretamente me dando força nos momentos difíceis.


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“Transformarei todos os meus montes em estradas, e os meus caminhos serão erguidos” Isaías 49:11


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RESUMO

Este trabalho tem como objetivo desenvolver um equipamento utilizado para aplicações da terapia fotodinâmica. Este equipamento é conhecido como BioTable RGB. A BioTable RGB microcontrolada deverá gerar iluminação uniforme numa área de 180cm². A luz utilizada pelo equipamento é caracterizada por ser banda estreita e de alta intensidade, podendo ser projetado com diferentes comprimentos de onda. Neste caso, serão usados os comprimentos de onda dos LEDs Red (vermelho), Green (verde) e Blue (azul). O equipamento será constituído por LEDs de alta intensidade, pois apresentam melhor performance que os equipamentos a LASER no que se refere a área de irradiação das amostras. Os LEDs serão distribuídos de forma simétrica em uma base dissipadora de calor, podendo ser refrigerada a água ou por ventilação forçada. A base ficará a uma distância fixa do vidro, para garantir a uniformidade da iluminação, onde é colocada a placa de orifícios com os micro-organismos a serem avaliados.

Palavras-chave: terapia fotodinâmica, BioTable, LEDs de alta intensidade.


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ABSTRACT

This work has as objective to develop an equipment used for applications of the photodynamic therapy. This equipment is known as BioTable RGB. Microcontrolled BioTable RGB will have to generate illumination uniform in an area of 180cm ². The light used for the equipment is characterized by being short band and of high intensity, being able to be projected with different wave lengths. In this in case that, the wave lengths of the LEDs Red (red), Green (green) and Blue will be used (blue). The equipment will be constituted by LEDs of high intensity, therefore they better present performance that the equipment the LASER with respect to area of irradiation of the samples. The LEDs will be distributed of symmetrical form in a base heat spendthrift, being able to be cooled the water or for forced ventilation. The base will be to a fixed distance of the glass, to guarantee the uniformity of the illumination, where the plate of orifices with the microorganisms is placed to be evaluated. Word-key: photodynamic therapy, BioTable, LEDs of high intensity.


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Gráfico Tensão x Corrente do diodo.............................................................................. 19 Figura 2: Comprimento de onda dos LEDs ................................................................................... 19 Figura 3: Integração entre LEDs e sistemas de iluminação........................................................... 20 Figura 4: Polarização do transistor ................................................................................................ 22 Figura 5: Diagrama do microcontrolador AT89S8252.................................................................. 25 Figura 6: Display LCD .................................................................................................................. 27 Figura 7: LCD + Microcontrolador ............................................................................................... 28 Figura 8: PWM .............................................................................................................................. 29 Figura 9: Computador como ferramenta de desenvolvimento ...................................................... 32 Figura 10: LED LUXEON III ....................................................................................................... 33 Figura 11: Leds em Série............................................................................................................... 33 Figura 12: Esquemático da fonte de Corrente ............................................................................... 34 Figura 13: Placa de circuito impresso da fonte de corrente........................................................... 35 Figura 14: Esquemático do circuito de controle............................................................................ 36 Figura 15: Placa de Controle com Microcontrolador .................................................................... 37 Figura 16: Novo esquemático das fontes de corrente.................................................................... 38 Figura 17: Fonte de Corrente nova................................................................................................ 38 Figura 18: LED Rebel ................................................................................................................... 39 Figura 19: Layout placa LED Rebel.............................................................................................. 40 Figura 20: Esquema da parte eletrônica ........................................................................................ 40 Figura 21: Dissipador .................................................................................................................... 42 Figura 22: Cotas do dissipador ...................................................................................................... 42 Figura 23 :Vista 3D cima .............................................................................................................. 43 Figura 24: Vista 3D baixo ............................................................................................................. 43 Figura 25: Lados da BioTable ....................................................................................................... 43 Figura 26: BioTable....................................................................................................................... 44 Figura 27:Tensão de Referência .................................................................................................... 46


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LISTA DE ABREVIATURAS

LCD - Liquid Crystal Dysplay LED - Light Emitting Diode PDT - Photodynamic Therapy PWM - Pulse Width Modulation


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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................11 1.1 MOTIVAÇÃO ...............................................................................................................12 1.2 JUSTIFICATIVA ..........................................................................................................12 1.3 OBJETIVOS ..................................................................................................................13 1.3.1 Objetivo geral........................................................................................................13 1.3.2 Objetivos específicos.............................................................................................13 1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA .............................................................................13

2. REVISÃO DE LITERATURA ...............................................................................14 2.1 PHOTODYNAMIC THERAPY (PDT).........................................................................14 2.2 LIGHT EMITTING DIODE (LED)...............................................................................17 2.3 TRANSISTOR...............................................................................................................20 2.4 AMPLIFICADOR OPERACIONAL ............................................................................22 2.5 MICROCONTROLADOR ............................................................................................23 2.6 DISPLAY LCD (LIQUID CRYSTAL DISPLAY)........................................................26 2.7 PULSE WIDTH MODULATION (PWM) ....................................................................28

3. MATERIAIS E MÉTODOS ....................................................................................30 3.1 METODOLOGIA..........................................................................................................30 3.2 DESENVOLVIMENTO................................................................................................31 3.2.1 Parte eletrônica .....................................................................................................32 3.2.2 Parte lógica............................................................................................................41 3.2.3 Parte mecânica......................................................................................................42

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................45 5. CONCLUSÃO....................................................................................................................50 5.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS.........................................................................................50 5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .........................................................51

REFERÊNCIAS ................................................................................................................52 APÊNDICE A - Fluxograma..............................................................................................54 APÊNDICE B - Programa feito em C ...............................................................................57


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1. INTRODUÇÃO

A ciência e a técnica tem andado juntas e causado efeitos jamais esperados na sociedade moderna. Mais do que a própria evolução da ciência foi a rapidez com que o conhecimento se transformou em uma invenção e este em uma inovação, disseminando o seu uso prático, que mudou de forma significativa a visão do homem de si mesmo e a sua forma de viver. A engenharia tem papel fundamental para o desenvolvimento fazendo com que as pessoas criem produtos com alto valor agregado, sendo o conhecimento um dos mais importantes valores dos produtos atuais. Também contribuiu para tamanho desenvolvimento a rápida evolução da microeletrônica, que fez aumentar a oferta de produtos microprocessados. Com isso surgiu o conceito de computação invisível, onde usamos esses produtos sem nos darmos conta do fato. Como exemplo, podemos citar câmeras digitais, telefones celulares, filmadoras, impressoras a laser, telefones, pagers, além de refrigeradores, lava-louças, lavadoras de roupas e secadoras. Uma grande faixa desses produtos microprocessados faz uso dos microcontroladores, que na verdade são processadores com uma grande quantidade de recursos integrados. Na medicina, como exemplo, um fator bastante promissor no tratamento dos tumores prémalignos e malignos é a Terapia Fotodinâmica, que baseia-se na propriedade de algumas substâncias químicas possuírem a capacidade de serem excitadas quando expostas a um determinado tipo de luz. Estas substâncias são chamadas fotossensibilizadores e reagem quando expostas a determinado comprimento de onda, sendo necessário que esta fonte de luz seja monocromática, ou seja, que as radiações eletromagnéticas na faixa de luz visível sejam compostas por um único comprimento de onda. É necessário também que sejam centradas na banda de absorção do fotosensibilizante utilizado, isto é, na região do espectro na qual a luz pode excitar o fotosensibilizante, transferindo energia a fim de que a reação fotodinâmica seja realizada. Com base nisso, vários dispositivos com fontes de luz vêm sendo utilizados nas pesquisas de Biofotônica voltadas para o controle bacteriológico e tratamento de câncer com o


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intuito de entender que benefícios o processo de reação entre a fonte de luz e o agente fotossensibilizador poderá trazer para o tratamento dessas doenças. Trata-se de um trabalho multidisciplinar de aplicação para a medicina que envolve conhecimentos em eletrônica, física, programação de softwares, desenvolvimento de peças mecânicas, sendo o produto do mesmo um equipamento baseado no uso de LEDs como fonte de luz, onde é de fundamental importância para a área da saúde, podendo gerar resultados promissores para o tratamento com PDT (Photodynamic Therapy) e ajudar pesquisadores dessa área.

1.1 MOTIVAÇÃO Através de pesquisas realizadas no Instituto de Física da USP de São Carlos em parceria com faculdades de odontologia e hospitais surgiu a motivação em realizar este projeto, onde pesquisadores trabalham intensamente em busca de um novo caminho para matar bactérias, fungos e outros microorganismos que antibióticos já não conseguem combater, tudo isso através da luz. A expectativa dos resultados que o equipamento que será construído poderá trazer é muito grande, pois poderá ajudar a curar doenças usando a terapia fotodinâmica, dando perspectiva às pessoas que precisam de cura.

1.2 JUSTIFICATIVA

Várias pesquisas são feitas na área da Biofotônica utilizando fonte de luz com comprimentos de onda específicos no tratamento de doenças. Para tanto, precisa-se fazer ensaios durante essas pesquisas. Esses ensaios normalmente são feitos em uma mesa, iluminando uma superfície de baixo para cima, com uma fonte de luz apropriada. A partir desses dados surgiu a idéia de se construir uma mesa óptica compacta, cujos LEDs possuem comprimentos de onda específicos (vermelho, verde e azul), tornando-a assim uma mesa dinâmica, podendo ter cores diferentes com a mistura das várias intensidades que esses três tipos de fonte de luz podem ter através dos incrementos, podendo inclusive chegar à cor branca com a mistura dessas três cores, sendo uma nova cor aos olhos humanos, porém não gera um novo comprimento de onda.


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1.3 OBJETIVOS No intuito de identificar as metas propostas por este trabalho segue-se abaixo o objetivo geral e os objetivos específicos da monografia.

1.3.1 Objetivo geral

O objetivo geral é desenvolver um dispositivo para pesquisas de controle bacteriológico e cultura de células baseado no uso de LED (Ligth Emitting Diode) de alta potência, com comprimentos de onda diferentes, para utilização em diversos trabalhos de pesquisadores do Instituto de Física da USP (Universidade de São Paulo) de São Carlos em parceria com faculdades de odontologia e hospitais da região.

1.3.2 Objetivos específicos

- Desenvolver um dispositivo microcontrolado, cujo nome dado é BioTable RGB, que é uma mesa para cultura de células, sendo composta por LEDs que têm comprimentos de onda específicos, que cobrirá praticamente todo o espectro visível. - Projetar um dispositivo para controlar a intensidade de iluminação dos LEDs de alta potência. -Implementar software específico para o controle da intensidade de iluminação do dispositivo. -Projetar e desenvolver sistema de Interface Homem Máquina utilizando display LCD 16X2.

1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA

Este trabalho encontra-se dividido em cinco capítulos onde o primeiro compreende a introdução e tem como objetivo garantir uma abordagem direta que contextualize o tema apresentado na monografia. O capítulo 2 se refere aos conceitos e informações levantadas sobre o tema abordado pela visão de diversos autores. O capítulo 3 mostra a metodologia, classificando o tipo da pesquisa realizada para o desenvolvimento do trabalho e apresenta a descrição detalhada


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de como o trabalho foi desenvolvido. O capítulo 4 mostra os resultados e discussões sobre o trabalho. O capítulo 5 mostra a conclusão, onde tem-se as considerações finais e sugestões para trabalhos futuros. Em seguida têm-se as referências bibliográficas que foram utilizadas para a criação do trabalho e por fim são mostrados os apêndices.

2. REVISÃO DE LITERATURA

Para o desenvolvimento deste trabalho alguns componentes eletrônicos e tecnologia são necessários para a construção do dispositivo que irá auxiliar o tratamento com PDT (Photodynamic Therapy), dentre estes é importante destacar: semicondutores, em especial o LED e o transistor, amplificadores operacionais, microcontrolador, display LCD e a modulação por comprimento de pulso (PWM). Uma descrição detalhada, bem como características e vantagens de cada um segue abaixo:

2.1 PHOTODYNAMIC THERAPY (PDT)

A terapia fotodinâmica (PDT) tem provado a eficácia em tratamentos de várias lesões malignas e pré-malignas que afetam a pele. A eficácia de tal tratamento depende do tipo de neoplasia (crescimento desordenado de células que invadem tecidos e órgãos), do fotosensibilizante utilizado no tratamento, da fonte de luz e do paciente (ALLISON, R.R.; BAGNATO, V.S., et al, 2007). Estas substâncias, chamadas de fotosensibilizadores concentram-se predominantemente em células tumorais e permanecem inativas até que sejam expostas a um comprimento de onda específico. Após a exposição luminosa, a ativação do fotosensibilizante leva à produção intracelular de oxigênio singleto e outros radicais químicos ativos, o que causa lesão celular não térmica, trombose vascular e necrose tecidual. Como exemplo pode-se tomar o melanoma que é o mais letal de todas as doenças cutâneas, podendo acontecer em todas as regiões da pele. O tratamento de PDT para esse tipo de


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doença só acontece com um percentual entre 20 e 30% de pacientes, fazendo com que abra perspectivas novas para esse tipo de tratamento aumentando a expectativa de cura para pessoas que têm a doença. Em testes feitos, o tratamento com luz vermelha teve resultados positivos por penetrar com maior facilidade no tecido, porém teve o efeito limitado não apenas pelo comprimento de onda aplicado, como também pelas características do fotosensibilizador utilizado. O mecanismo da morte das células depende não somente das propriedades dos fotosensibilizadores, mas também da condição do tratamento, como por exemplo, o tempo requerido para exposição das células para incubação com o fotosensibilizante, da concentração do mesmo e da dose de luz. (ALLISON, R.R.; BAGNATO, V.S., et al, 2007). O fotosensibilizador deve apresentar propriedades como baixa toxicidade na ausência da luz, adequada seletividade para permanecer acumulado nas células cancerosas e, principalmente possuir uma banda de absorção na chamada janela biológica. Esta é uma estreita faixa do espectro de radiação onde há relativa penetração nos tecidos biológicos, ao mesmo tempo em que se tem a chance de excitação nos estados moleculares da droga. A droga deve ficar o menor tempo possível no paciente após a iluminação da lesão. Outro fator importante é a fonte de luz, que deve ser centrada na banda de absorção do fotosensibilizante utilizado, isto é, na região de frequência do espectro na qual a luz pode excitar o fotosensibilizante. Nas pesquisas nessa área normalmente precisa-se fazer ensaios com uma mesa iluminada de baixo para cima com o objetivo de verificar os efeitos da reação da luz com fotosensibilizadores. Baseando-se nisso, atualmente, vários dispositivos com uso de fontes de luz vêm sendo utilizados nas pesquisas de Biofôtonica voltadas para o controle bacteriológico e cultura de células testando a eficácia de diferentes agentes fotosensibilizadores. Segundo o artigo Resposta de Células Gliossarcoma 9L, um estudo foi feito utilizando a técnica de imagem de bioluminescência, que consiste na produção e emissão de luz fria por um organismo vivo, como resultado de uma reação química durante a qual energia química é transformada em energia luminosa. Essa técnica foi usada como método de monitoramento do tratamento de células de gliossarcoma de rato 9L após ter feito a terapia fotodinâmica utilizando como agente fotosensibilizante o ácido aminolevulínico. Como resultado este trabalho mostra que a bioluminescência pode ser utilizada para monitoramento da resposta tumoral após o tratamento com PDT e ainda que os resultados do tratamento das células com PDT mostram que a taxa de


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indução de morte celular varia de acordo com a dose de luz e fotosensibilizante empregado durante o tratamento. O processo de irradiação foi realizado utilizando-se um conjunto de lâmpadas halógenas acopladas a um conjunto de filtros fornecendo um total de 14mW/cm2 na região do vermelho, o qual não resultou em aumento significativo de temperatura nas amostras (MORIYAMA, Eduardo H.,PACHECO, Marcos T., VILLAVERDE, et al, p.15, 2005). Já em outro artigo, de acordo com Bagnato V.S., Menezes P.F.C., et al em pesquisas realizadas no Instituto de Física de São Carlos(USP), no CePOF(Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica), foi usado como materiais e métodos os fotosensibilizadores Photofrin® e Photogem®, a cultura de células foi com o melanoma humano A-375, a irradiação foi feita com LEDs vermelhos, verdes e azuis, cujos comprimentos de onda são respectivamente 630nm, 530nm e 470nm. Para avaliar as medidas da atividade fotodinâmica as células de melanoma foram avaliadas sobre diferentes comprimentos de onda irradiados com os LEDs citados anteriormente. Todas as irradiações foram feitas com uma taxa de 4 mW/cm2 com doses de luz variando de 0.3 a 2.4 J/cm2 Tanto o artigo Resposta de Células Gliossarcoma 9L, quanto o artigo Photodynamic therapy for Photogem and Photofrin using different light wavelengths in 375 human malanoma cells tiveram os seus respectivos resultados, porém o uso das lâmpadas halógenas não é o mais viável nem o mais adequado, visto que a emissão é somente na cor branca. Além do mais existe a necessidade de se usar filtros, a potência dissipada ainda é grande, e o seu tamanho não é dos melhores para se fazer uma mesa de cultura de células compacta. A partir desses estudos surgiu a necessidade e a idéia de se desenvolver um dispositivo a LED, conhecido como sistema RGB (Red-Green-Blue), onde pode-se cobrir praticamente todo o espectro visível, uma vez que esses LEDs geram três comprimentos de onda específicos. A proposta é fazer um dispositivo compacto tendo como finalidade a otimização das pesquisas nessa área, pois pode-se avaliar uma quantidade grande de amostras nas placas de orifícios, consumindo pouco material (células e substâncias a serem avaliadas). O fato de ser a LED se deve por eles possuírem inúmeras vantagens sobre as lâmpadas incandescentes e halógenas, mas principalmente porque eles são muito mais eficientes na geração de energia luminosa. Uma lâmpada comum incandescente transforma a energia recebida em luz e calor, sendo cerca de 10% dessa energia convertida em calor (aquecimento do bulbo, estrutura e soquete da lâmpada) e 90% em luz. No entanto, desses 90% restantes, somente 5% corresponde à luz visível,


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os demais 85% encontram-se na faixa do espectro correspondente à radiação infravermelha. É por este motivo que a luz emitida por lâmpadas deste tipo esquenta as superfícies atingidas e também que materiais difusores, colocados à frente de refletores potentes que utilizam essas lâmpadas,

devem

ser

próprios

para

este

fim

(gelatinas),

resistentes

ao

calor.

(http://www.fazendovideo.com.br/vtluz4.asp) Os LEDs comportam-se de maneira diferente: embora a energia recebida também seja transformada em luz e calor, sua luz não emite ondas na faixa infravermelha sendo portanto considerada uma luz fria. Assim, em um LED típico, cerca de 85% dessa energia é convertida em calor, que é a potência dissipada pelas trilhas e 15% é transformada em luz visível. Para a área de iluminação múltiplos LEDs podem ser montados formando um único conjunto (arrays), cuja potência luminosa suficiente para iluminar com eficiência pequenas áreas, substituindo lâmpadas tradicionais. A estrutura geralmente recebe reforço em sua potência luminosa através de lentes e refletores montados no conjunto. (http://www.fazendovideo.com.br/vtluz4.asp)

2.2 LIGHT EMITTING DIODE (LED) Semicondutores são sólidos cristalinos de condutividade elétrica intermediária entre condutores e isolantes. Os elementos semicondutores podem ser tratados quimicamente para transmitir e controlar uma corrente elétrica. Seu emprego é importante na fabricação de componentes eletrônicos tais como diodos, transístores e outros de diversos graus de complexidade tecnológica, microprocessadores, e nanocircuitos usados em nanotecnologia. (WIKIPÉDIA, 2007)

Segundo Marshall, os semicondutores têm tido um impacto incrível em nossa sociedade. Eles são encontrados nos chips de microprocessadores e em transistores. Tudo que é computadorizado ou que utiliza ondas de rádio depende de semicondutores. Atualmente, a maioria dos chips semicondutores e transistores são produzidos com silício. O diodo é o dispositivo semicondutor mais simples possível. Um diodo permite que a corrente flua em uma direção, mas não na outra. Polarizando-se de forma direta (polaridade positiva na junção P e polaridade negativa na junção N), flui uma corrente chamada corrente direta, caso a polaridade seja invertida obrigamos os elétrons e as lacunas se afastarem da junção, portanto não há fluxo de corrente, sendo chamada de corrente reversa (ver figura 1). Os LEDs são diodos emissores de luz e são componentes semicondutores baseados na mesma tecnologia utilizada para fabricar transistores e circuitos integrados. A luz é monocromática e é produzida


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pelas interações energéticas do elétron. Tem como principal característica, a transformação de energia elétrica em luz visível (detectável pelo olho humano), cujo princípio é chamado de eletroluminescência. Em 1955 foi anunciada a emissão no infravermelho. Em seguida, em 1962, foi anunciado o primeiro LED de luz visível. O interesse no uso do LED para fins de iluminação surgiu somente na década de 90 quando pesquisadores da HP (Hewlett-Packard) - USA desenvolveu o primeiro LED com alto brilho devido a uma nova estrutura de construção. Logo em seguida, uma empresa japonesa, a Nichia, chegou ao primeiro LED azul de alto brilho, comercial, abrindo caminho para os LEDs de cor branca de alto brilho (uma vez que só precisa dopar o led azul com uma camada de fósforo para obter a cor branca). A radiação emitida pelos LEDs depende da composição e condição do material semicondutor utilizado, podendo ser visível (azul, verde, âmbar, etc), ultravioleta ou infravermelho. Combinando as intensidades de LEDs em três cores primárias - vermelho, verde e azul (Red, Green, Blue - RGB)- é possível cobrir toda a gama de cores gerando inclusive luz branca. Na figura 2 é apresentado o gráfico que mostra os comprimentos de onda dos LEDs vermelho, verde e azul (SCHUBERT, 2003). Houve um crescimento explosivo nas pesquisas nos últimos cinco anos pelo potencial dos LEDs de alto brilho. Eles apresentam alta eficiência, baixo impacto ambiental e longa durabilidade. De acordo com Schubert, entre as vantagens dos LEDs pode-se citar redução de consumo de potência elétrica, elevada confiabilidade, imensas combinações de cores, geração de luz branca, sem geração de calor nos feixes de emissão da luz (considerado uma luz fria), sem necessidade do uso de filtros, tamanho reduzido, longa vida útil, custo reduzido, maior eficiência e eficácia, operação em baixa voltagem, controle dinâmico das cores e ecologicamente correto (não polui o meio ambiente, pois não contém elementos tal como mercúrio das lâmpadas fluorescentes). Tais vantagens tornam os LEDs a solução ideal para várias aplicações seja em iluminação, seja para sinalização ou então para diagnósticos e terapia de patologias humanas ou de animais.


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Figura 1: Gráfico Tensão x Corrente do diodo

Figura 2: Comprimento de onda dos LEDs

Fonte: Datasheet Lumileds

Abaixo, na figura 3, segue um exemplo de um esquema de como usar LEDs de alta potência:


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Figura 3: Integração entre LEDs e sistemas de iluminação

Fonte: Lumileds

Tem-se um sistema básico onde um driver controla a corrente dos LEDs, a presença de um dissipador para não deixar o sistema aquecer, uma placa de circuito impresso especial (núcleo metálico) onde os LEDs são soldados e refletores que direcionam a luz focalizando-a.

2.3 TRANSISTOR

Da mesma forma que o diodo semicondutor significou um avanço diante dos componentes e substituídos funcionalmente, o transistor, também um semicondutor, não só amplia os campos de aplicação da eletrônica como propicia o início de uma evolução que partindo dos anos 50, chega aos atuais circuitos integrados e microprocessadores transformando muita coisa outrora impossíveis em realidade. “Ele se encontra em todos os dispositivos eletrônicos discretos e integrados e realizam qualquer tratamento de sinais” (ÂNGULO; ROBLES; PAREJA, 1993, p. 62). Existem duas grandes famílias de transistores que são: Transistores unipolares e transistores bipolares. Isso vai depender do tipo de portadores de carga (elétrons e lacunas) que interferem em seu processo de condução.


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O primeiro descoberto foi o bipolar, sendo também os mais usados no desenvolvimento de projetos. Um transistor é um dispositivo de três terminais que pode ser usado como chave ou como amplificador de sinais em circuitos. O princípio de funcionamento é basicamente o uso de uma tensão entre dois terminais para controlar o fluxo de corrente do terceiro terminal. Ele é composto de duas junções pn, uma de frente para a outra, formando uma seqüência de junções npn ou pnp. Ao juntar, estas seções são chamadas de coletor, base e emissor. De acordo com a polarização dessas regiões, que pode ser direta ou reversa, obtêm-se modos diferentes de operação do transistor. Os modos são: Ativo, quando é usado como amplificador e modos de Corte e Saturação, quando são usados como chave (ÂNGULO; ROBLES; PAREJA, 1993). Abaixo a tabela 1 resume e identifica os modos de operação com suas respectivas polarizações:

MODO

JUNÇÃO EMISSOR_BASE

JUNÇÃO COLETOR-BASE

Corte

Reversa

Reversa

Ativo

Direta

Reversa

Saturação

Direta

Direta Tabela 1: Funcionamento do Transistor Fonte: Livro de Microeletrônica SEDRA&SHMITH

Para o transistor funcionar no regime linear, é necessário que uma das junções esteja polarizada diretamente (base-emissor), e a outra (base-coletor) polarizada inversamente. Nestas condições, considerando as correntes e tensões indicadas na figura 4, teremos a partir das leis de Kirchhoff:


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Figura 4: Polarização do transistor

Fonte: w3.ualg.pt/~jmariano/introelec/iae_transistor_1.pdf

IE=IC+IB VBE+VCB-VCE=0 IC=β*IB O modelo para funcionamento linear baseia-se nas seguintes aproximações: 1- A corrente de coletor é proporcional à corrente de base quando o transistor se encontra afastado das zonas de corte (Ic = 0) e de saturação (IC apenas limitada pelos elementos externos). 2- A tensão entre a base e o emissor (VBE) é constante quando em condução (esta junção comporta-se como um diodo). Dependendo de certos projetos o transistor bipolar de junção não agüenta a potência dissipada nele, chegando a queimar. Um exemplo disso é quando se usa em fontes de corrente, onde se precisa de uma tensão e de uma corrente muito alta para a carga. Para esse tipo de projeto é aconselhável o uso de um transistor chamado transistor de efeito de campo abreviado por FET, pois a resistência interna do FET é menor em relação à do TBJ, portanto ele suporta mais tensão em cima dele, consequentemente suporta uma potência dissipada maior.

2.4 AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Um circuito amplificador é aquele capaz de apresentar em sua saída o sinal de entrada, porém, esse sinal é aumentado.


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Os amplificadores operacionais são amplificadores de acoplamento direto, de alto ganho, que usam realimentação para controle de suas características. Eles são hoje encarados como um componente, um bloco fundamental na construção de circuitos analógicos. Internamente, são constituídos de amplificadores transistorizados em conexão série. Os amplificadores operacionais são usados em amplificação, controle, geração de formas de onda senoidais ou não em freqüências desde C.C. até vários Megahertz. Com emprego na realização das funções clássicas matemáticas como adição, subtração, multiplicação, divisão, integração e diferenciação, os amplificadores operacionais são os elementos básicos dos computadores analógicos. São úteis ainda em inúmeras aplicações em instrumentação, sistemas de controle, sistemas de regulação de tensão e corrente, processamento de sinais, etc. O amplificador operacional ideal tem um ganho infinito em malha aberta, largura de banda infinita, impedância de entrada infinita, impedância de saída nula e nenhum ruído, assim como offset de entrada é zero (exatamente 0 V na saída quando as duas entradas forem exatamente iguais) e nenhuma interferência térmica. Os circuitos integrados de amplificadores operacionais utilizando MOSFETs são os que mais se aproximam destes valores ideais em limites de largura de banda. (ÂNGULO; ROBLES; PAREJA, 1993). O amplificador operacional é provavelmente o dispositivo único mais bem sucedido na área de circuitos eletrônicos analógicos. Com apenas alguns poucos componentes externos, ele pode ser ajustado de modo a fazer uma grande variedade de funções em processamento de sinal.

2.5 MICROCONTROLADOR

Segundo Marshall, os microcontroladores estão escondidos dentro de inúmeros produtos atualmente. Se um forno de microondas tem um LED ou visor LCD e teclado, ele contém um microcontrolador. Todos os automóveis modernos contêm ao menos um microcontrolador (e podem ter até 6 ou 7). A maioria dos aparelhos com controle remoto contém um microcontrolador: TVs, VCRs e sistemas de som de alta fidelidade entram nesta categoria. Além disso, também têm microcontroladores: câmeras digitais, telefones celulares, filmadoras, impressoras a laser, telefones (as que possuem identificador de chamadas, memória para 20 números, etc.), pagers, além de refrigeradores, lava-louças, lavadoras de roupas e secadoras (os


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que possuem visores e teclados). Basicamente, qualquer produto ou dispositivo que interaja com o usuário possui um microcontrolador interno. A partir da década de 80 o maior sucesso de lançamento da INTEL foi a família de microcontrolador MCS-51 que foram de uso geral e com capacidade de memória e entrada/saída diferenciados. Porém, a INTEL deu a concessão de fabricação a vários outros fabricantes para a reprodução e atualização desse chip, sendo que as autorizadas desenvolveram uma grande quantidade de chips derivados do 8051, com grande aumento de velocidade e significativa redução de consumo de potência. Um microcontrolador nada mais é do que um componente eletrônico que vem incorporado em seu invólucro blocos como memórias, CPU, portas de I/O, chips temporizadores, canal de comunicação serial, interrupções, oscilador interno, freqüência de clock típica de 12 a 60 MHz etc. Funciona como um dispositivo central que controla todo o funcionamento do circuito, isto é, manipula dados e gerencia a transferência desses dados entre os periféricos internos (timers, RAM interna, etc) e os periféricos externos (por exemplo, LEDs, displays), permitindo facilidades de software que possibilita a execução de complexas operações aritméticas e lógicas. Por ser a família MCS51 uma das mais antigas existentes, sendo assim uma das mais conhecidas e utilizadas fez com que a quantidade de ferramentas de desenvolvimento e bibliotecas de software fosse bastante ampla e variada. Passou a ser produzida por vários fabricantes e, é claro, cada um deles introduziu inovações. Por isso, atualmente a família 8051 é a que oferece a maior variedade de opções. Outra vantagem desta família é o fato dos usuários não ficarem dependentes de um único fabricante. Pode-se citar como os principais fabricantes desta família: a Philips, a Maxim-Dallas, a Atmel e a Analog-Devices. De acordo com Silva Júnior, para se programar um Microcontrolador utilizam-se linguagens como Assembler e C. A linguagem de programação Assembler é umas das mais utilizadas, pois elas otimizam o desempenho por ser uma linguagem de baixo nível. Já a linguagem C possui como características uma biblioteca vasta e uma facilidade de compreensão dos comandos por se tratar de uma linguagem de alto nível. Segue abaixo o diagrama da parte interna do microcontrolador AT89S8252 para um melhor entendimento de seus módulos:


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Figura 5: Diagrama do microcontrolador AT89S8252

Fonte: Datasheet AT89S8252


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O microcontrolador mudou a forma de fazer engenharia, automatizando processos e tornando os sistemas bem mais versáteis e otimizados. Eles diminuem o tamanho, facilitam a manutenção e gerenciam tarefas internas de aparelhos eletroeletrônicos. Um microcontrolador pode efetuar várias tarefas que necessitariam de um grande número de outros componentes. Assim, aprender a programar microcontroladores significa aprender a resumir circuitos em um único componente.

2.6 DISPLAY LCD (LIQUID CRYSTAL DISPLAY)

Imagine que as pessoas queiram interagir, se comunicar com alguém (ou algo) e que, neste tipo específico de relação, haja entre elas e o seu receptor uma espécie de interlocutor; uma ponte; um tradutor, por exemplo. É claro que as pessoas gostariam que esse tradutor fosse o mais fiel e perfeito possível; que traduzisse fielmente a realidade do que as pessoas querem transmitir (ou receber) e que ele fizesse com que o receptor também tivesse o mesmo retorno para que a comunicação, então, pudesse se processar na maior plenitude possível. (DUARTE, Nina Rosa Guanabara de Aguiar, 2005, p. 8) Imaginemos, agora, que é uma relação homem computador. Para a relação homemcomputador, chamamos esse tradutor de interface: A interface homem x máquina. Interface é toda porção de um sistema com a qual o usuário (homem) mantém contato ao utilizá- lo. Sabe-se que no computador as pessoas se deparam com vários programas e sistemas. Além deles, a interface engloba todos os outros dispositivos (mouse, monitor, impressoras, teclado Etc.). Todos eles fazem parte dessa interação. Então, interfaces podem ser vistas como espécies de sistemas de comunicação, já que as mesmas são também um processo sério de interação. (DUARTE, Nina Rosa Guanabara de Aguiar, 2005, p. 8) Interfaces são importantíssimas. Não se trata apenas de colocar coisas bonitas no monitor de um computador. Elas têm que ter um ótimo e regular funcionamento, pois é através delas que pode-se ter uma ótima navegabilidade (amigabilidade) e usabilidade. Um dispositivo de fundamental importância como interface é o LCD (Liquid Cristal Display). O display é um “dispositivo inteligente”, que possui outro dispositivo dentro dele para se comunicar com o mundo externo. Essa comunicação pode ser com 4 ou 8 bits. Ele tem um


27

pino chamado “RS”, que diz se o que há nas respectivas entradas é um dado ou uma instrução. Um outro pino muito importante é o “E”, ou Enable, que indica se a entrada está disponível e se o display pode ser lido ou não. Um pino de ajuste de contraste de visão é ligado a um potenciômetro, onde é feito esse ajuste. Um pino chamado R/W onde é possível ler registradores internos ao display. Os pinos restantes (D0...D7) são por onde os dados ou instruções trafegarão (NICOLOSI, 2002, p. 110 e 111). Na figura 6 é apresentado um display LCD a na figura 7 mostra a ligação de um display LCD com um microcontrolador para um melhor entendimento. Mesmo que o display seja inicializado quando se liga a alimentação, deve-se inicializá-lo por software a fim de acertar as condições de trabalho do mesmo. A forma mais simples de inicializá-lo consiste em acertar seu modo de funcionamento, limpar o display e posicionar o cursor na primeira posição à esquerda, sendo que ao enviar um dado o cursor se desloque para direita. Em sistemas microcontrolados o LCD é de fundamental importância, pois serve como interface entre o usuário e o sistema, tendo como vantagem não só a característica elétrica de ter baixo consumo de corrente em relação ao leds, mas também o fato de que cada dígito pode representar um número ou uma letra, podendo ter mensagens escritas e não só códigos numéricos. Já como desvantagem pode-se citar o seu custo elevado mesmo sendo tão difundido.

Figura 6: Display LCD


28

Figura 7: LCD + Microcontrolador U1

1 2 3 4 5 6 7 8 19 18 9 31 40 5V

C8 100nF

P1.0/T2 P1.1/T2-EX P1.2 P1.3 P1.4/SS P1.5/MOSI P1.6/MISO P1.7/SCK XTAL1 XTAL2 RST

P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TO P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD PSEN ALE/PROG

21 22 23 24 25 26 27 28

C7 100nF

10 11 12 13 14 15 16 17

5V

1

P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7

R7 10k

J10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 RS

3

D4 D5 D6 D7

39 38 37 36 35 34 33 32

Enable RS

Enable D4 D5 D6 D7

Display LCD

29 30

EA/VPP VCC AT89S8252

2.7 PULSE WIDTH MODULATION (PWM)

“O sistema PWM consiste em variar a largura do pulso da portadora, proporcionalmente ao sinal modulante, mantendo constantes a amplitude e o intervalo de tempo a que os pulsos se repetem” (NICOLOSI, 2002, p.101). A portadora consiste no sinal de alta freqüência que transporta o sinal de informação, mediante a alteração de algumas características proporcionalmente ao sinal de informação. A interferência de um sinal sobre o outro gera um terceiro sinal que é o sinal modulado e o processo que envolve a geração desse sinal a partir dos dois primeiros é chamado de modulação. Alguns conceitos importantes para entender o PWM são: a amplitude que é o valor no qual se estabelece o pulso unipolar, quando da sua ocorrência. O período, que consiste no intervalo de tempo para o qual se registra o início de um comportamento repetido do pulso. Duração que é o tempo no qual o pulso permanece com determinada amplitude. E por último o ciclo de trabalho (Duty-Cycle), que é a relação entre a duração e o período do pulso, expressa em um percentual. (NICOLOSI, 2002, p.102). A finalidade deste PWM no projeto é justamente realizar o controle de corrente nos LEDs. Na figura 8 mostra que este módulo gera em sua saída um sinal que é uma onda


29

retangular, onde este sinal tem período fixo e a largura de pulso (ou seja, o tempo que a saída fica em valor alto) é variável e proporcional ao valor de entrada, com isto, tem-se na saída um sinal cujo valor médio é proporcional ao valor de entrada do módulo.

Figura 8: PWM

Fonte: http://www.micromouseinfo.com/introduction/images/intro_hardware/PWM.gif


30

3. MATERIAIS E MÉTODOS

Este capítulo encontra-se dividido em duas partes. A primeira é a metodologia onde é apresentada a classificação do tipo de pesquisa e do método utilizado para realizar o desenvolvimento deste trabalho e na segunda parte tem-se o desenvolvimento do trabalho em si, onde são mostradas as etapas de desenvolvimento bem como a descrição detalhada de cada uma delas.

3.1 METODOLOGIA

A Metodologia da Pesquisa caracteriza-se pela proposta de discutir e avaliar as características essenciais da ciência e de outras formas de conhecimento. Tem como função mostrar nos como andar no “caminho das pedras” da pesquisa, ajudar-nos a refletir e instigar um novo olhar sobre o mundo: um olhar curioso, indagador e criativo. A elaboração de um projeto de pesquisa e o desenvolvimento da própria pesquisa, seja ela uma dissertação ou tese, necessitam, para que seus resultados sejam satisfatórios, estar baseados em planejamento cuidadoso, reflexões conceituais sólidas e alicerçados em conhecimentos já existentes. A pesquisa é um trabalho em processo não totalmente controlável ou previsível. Adotar uma metodologia significa escolher um caminho, um percurso global do espírito. O percurso, muitas vezes, requer ser reinventado a cada etapa. Precisamos, então, não somente de regras e sim de muita criatividade e imaginação. (DA SILVA, Edna Lúcia, 2001, p. 9) Tomada num sentido amplo, pesquisa é toda atividade voltada para a solução de problemas; como atividade de busca, indagação, investigação, inquirição da realidade, é a atividade que vai nos permitir, no âmbito da ciência, elaborar um conhecimento, ou um conjunto de conhecimentos, que nos auxilie na compreensão desta realidade e nos oriente em nossas ações. (PÁDUA, Elisabete Matallo Marchesini de, 2004)

Existem várias formas de classificar as pesquisas. Do ponto de vista da natureza pode ser pesquisa básica e aplicada. Do ponto de vista da forma de abordagem do problema pode ser


31

pesquisa quantitativa e qualitativa. Do ponto de vista de seus objetivos a pesquisa pode ser exploratória e descritiva. Do ponto de vista dos procedimentos técnicos pode ser pesquisa bibliográfica, documental, experimental, pesquisa de levantamento, estudo de caso, expost-facto, pesquisa ação e participante. (DA SILVA, Edna Lúcia, 2001, p. 20) A classificação dessa pesquisa pode ser feita com base em todos os tipos citados acima. É uma pesquisa aplicada, pois gera conhecimentos para solução de problemas. Qualitativa porque usa a interpretação dos fenômenos e a atribuição de significados. Quantitativa, pois considera que tudo pode ser quantificável, o que significa traduzir em números opiniões e informações para classificá-las e analisá-las É uma pesquisa exploratória onde visa proporcionar maior familiaridade com o problema com vistas a torná-lo explícito ou a construir hipóteses. É uma pesquisa participativa, pois o pesquisador participa da situação investigada. Não se pode falar de metodologia e não falar de métodos científicos. Os métodos científicos é um conjunto de procedimentos por intermédio dos quais se propõe os problemas científicos e colocam-se à prova as hipóteses científicas. Eles podem ser classificados como método

indutivo,

dedutivo,

hipotético-dedutivo,

dialético

e

método

fenomenológico.

(MARCONI, Marina de Andrade) Com relação ao tipo de método, pode-se classificar este trabalho como método dedutivo, pois na maioria das vezes saimos da análise do geral para o particular, chegando sempre a uma conclusão, construíndo conhecimentos específicos, solucionando um problema.

3.2 DESENVOLVIMENTO

As etapas de desenvolvimento ficaram divididas da seguinte forma: parte eletrônica, parte lógica e parte mecânica. Para todas as etapas foi necessário o uso do computador como ferramenta de desenvolvimento. Na figura 9 está apresentado um esquema utilizado para representar o desenvolvimento do projeto. No bloco parte mecânica, foram projetadas todas as partes que compõe a mesa óptica tais como: dissipador e o gabinete de sustentação do vidro. Para projetar todas as peças da parte mecânica foi utilizada a ferramenta SolidWorks que é um software de automação de projetos mecânicos. No bloco parte eletrônica foram desenvolvidos os esquemáticos do circuito, bem como as placas de circuito impresso da fonte de corrente e da parte


32

de controle do PWM utilizando o software Orcad. No bloco parte lógica fez-se o programa utilizando o editor de texto conText e o compilador SDCC para a linguagem C onde foi gerado o arquivo .hex que é usado para gravar no microcontrolador. Por fim, no bloco gravação do microcontrolador foi feita a gravação do arquivo .hex através do gravador universal que é ligado ao computador através da porta paralela.

Figura 9: Computador como ferramenta de desenvolvimento Parte Mecânica

Parte Lógica (Linguagem

Parte Eletrônica

Gravação do Microcontrolador

3.2.1 Parte eletrônica

Optou-se por utilizar sessenta LEDs distribuídos de forma simétrica em uma base dissipadora de calor, pois o tamanho da base dissipadora só comportaria essa quantidade de LEDs da forma em que foi distribuído. Esses LEDs são de alta potência e são chamados LUXEON® III (ver figura 10) sendo eles nas cores vermelha, verde e azul. Os LEDs separados por cor foram

colocados em série como mostra o esquemático na figura 11, e as três cores foram ligadas em paralelo com a fonte que vai alimentá-los. Sabendo que suas tensões típicas de operação e suas correntes são respectivamente 2,95V / 1,4A para o LED vermelho e 3,7V / 0,7A para os LEDs


33

verde e azul a tensão total para fazer com que os LEDs vermelhos fossem alimentados é de 59V (20 LEDs*2,95V) e sua potência dissipada é de 82,6W (59V*1,4A). Já para os LEDs verdes e azuis a tensão total é de 74V(20 LEDS*3,7V) e sua potência dissipada é de 51,8W (74V*0,7A).

Figura 10: LED LUXEON III

Fonte: Datasheet Lumileds

Figura 11: Leds em Série

Para garantir uma tensão maior do que a necessária para alimentar os LEDs foi feito um transformador especial cuja saída é de 70V/4A e retificando esta tensão teria um valor de aproximadamente 99V, sendo suficientes para alimentá-los. Sabendo as tensões de operação dos LEDs e a tensão de alimentação necessária para alimentar os 20 LEDs de cada cor foram feitos os cálculos para descobrir qual transistor iria usar. Para tanto, foi escolhido um Mosfet chamado IRF 540, pois suporta mais potência do que um transistor bipolar de junção sendo ela de 100W. Cálculos da potência dissipada no transistor: LEDs Vermelhos = 99V-59V= 40V => 40*1,4=56W LEDs Verdes e Azuis = 99V-74V= 25V => 25*0,7=17,5W Baseado nesses valores primeiramente foi desenvolvido o esquemático das fontes de corrente para os LEDs conforme mostra a figura 12.


34

Figura 12: Esquemático da fonte de Corrente

J9 12V

Tensão

2

3 2

R14

+

C6 100nF

6

-

1 2 3

1K

R13 10K

CA3140

12V J1 1 2

IRF540

Alimentação 12V

C7 10uF

2

4 8 1

3

1 2

LEDAZ J8

U3

7 5

1

R11 POT

1

3

R12 100K

TRAFO

1

R15 Rref

D3

J10 2 1

2 -

+ 4

Tensao

J7

Tensão

12V

R6 POT 2

Microcontrolador

1 2

BRIDGE

C1 CAPACITOR

LEDVD

U2

7 5

1

3 2 1

CON2

3

J3

3 2

J6

R9

+

6

-

R8 10k

CA3140

1K

1 2 3

IRF540

C5 10uF

2

4 8 1

3

C4 100nF

1

3

R7 100K R10 Rref

J5

Tensão

1 2

LEDVM

u1

7 5

1

12V R1 POT 2

3 2

J4

R4

+

6

-

1K CA3140

R3 10k

1 2 3

IRF540

C3 10uF

2

4 8 1

3

C2 100nF

1

3

Title

R2 100K

R5 Rref

Size A4

Fonte Corrente LEDs(Biotable RGB) Document Number

Date:

O1 Sheet

1

of

A fonte de corrente é o driver responsável pelo controle da corrente nos LEDs. O seu uso é viável, pois a corrente controlada torna-se independente da tensão na carga, teoricamente garantindo a mesma intensidade nos LEDs, pois a corrente é a mesma para todos. O controle é feito através de uma tensão de referência que é obtida de um resistor de pequeno valor (no caso, 0,33ohms). Este resistor está em série com as cargas, garantindo a mesma corrente entre elas. Essa tensão é sempre comparada com a tensão ajustada no potenciômetro que está ligado à entrada não inversora do amplificador operacional. A resposta do


35

amplificador operacional polariza devidamente o MOSFET e este, por sua vez, controla a corrente que atravessa os (LEDs). Nesse estágio de desenvolvimento uma das maiores preocupações foi escolher bem os componentes dentro das necessidades e dos limites de operação do dispositivo. Por exemplo, a ponte de diodo escolhida anteriormente não seria satisfatória, pois não podia atender o requisito de corrente, sendo então substituída por uma de 4 Amperes já que a corrente consumida pelo circuito é de 2,8 A. A placa depois de montada ficou da seguinte forma: Figura 13: Placa de circuito impresso da fonte de corrente

Em seguida, foi feita a confecção da placa de controle (PWM) de luminosidade dos LEDs de alta potência. Foi escolhido o microcontrolador da série 8051 por ser o mais usado e mais conhecido para esse tipo de aplicação, e por tornar o sistema flexível já que a mesa óptica poderia ser controlada pelo computador, mas não teria mobilidade, causando desconforto de ter que carregar um computador aonde quer que a mesa fosse ser utilizada. O microcontrolador dá essa flexibilidade uma vez que substitui o computador realizando a mesma tarefa. O circuito da placa de controle foi feito baseado na lógica de programação, pois as portas do microcontrolador que serão usadas como entradas e/ou saída no microcontrolador foram declaradas no software desenvolvido para gerar o PWM. As portas P1.0, P1.1 e P1.2 servirão para selecionar os LED Vermelho, Verde e Azul respectivamente. A porta P1.3 servirá para incrementar o PWM e a porta P1.4 para decrementá-lo. As portas P0.4, P0.5, P0.6, P0.7, P2.6 e P2.7 servirão para comunicar-se com o display LCD. E por último, as portas P1.5, P1.6 e P1.7 serão as saídas do PWM. Segue abaixo, na figura 14, o esquemático do circuito desenvolvido para tal aplicação:


36

Figura 14: Esquemático do circuito de controle U1 J1

J2 Alimentação 1 2

1 2

Chav e Liga/Des

39 38 37 36 35 34 33 32

D4 D5 D6 D7

12V

12V

U2 LM78L15ACZ VIN

5V VOUT

GND

1

3 C2 10uF

C3 100nF

31

5V J3

40

1 2 J5

XTAL2

C8 100nF

5V

Led XTAL1

19 18 9

XTAL1 XTAL2 Reset

R8 150ohms

2

C1 10uF

1 2 3 4 5 6 7 8

LedVermelho LedVerde LedAzul Inc Dec PWMLedVermelho PWMLedVerde PWMLedAzul

P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P1.0/T2 P1.1/T2-EX P1.2 P1.3 P1.4/SS P1.5/MOSI P1.6/MISO P1.7/SCK XTAL1 XTAL2 RST

1 2

EA/VPP VCC AT89S8252

5V R7 10k 100nF

1 2

R2 1K

J10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 RS

3

LedVerde 5V

J7

Enable D4 D5 D6 D7

Display LCD

R3 1K

1 2

LedAz

LedAzul J8 C6 4u7

J11 PWMLedVermelho PWMLedVerde PWMLedAzul

5V R4 1K

Incrementa 1 2

2 1

30

ALE/PROG

1 J6 LedVerd

J4

29

PSEN

C7

5V

5V

Enable RS

R1 1K LedVermelho

Y 120MHz

C5 33p

10 11 12 13 14 15 16 17

P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TO P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD

5V

LedVerm

C4 33p

21 22 23 24 25 26 27 28

P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15

1 2 3 PWMLEDS

Inc

CON2 J9 R6 8k2

5V

Decrementa 1 2

Reset

R5 1K Dec Title Size A4 Date:

Microcontrolador Biotable Document Number 13 de Abril de 2007

Rev Sheet

1

of

1

A placa de circuito impresso da parte de controle foi montada e é apresentada na figura 15a:


37

Figura 15: Placa de Controle com Microcontrolador

Figura a

Figura b

Na figura 15b é mostrada a placa de controle ligada ao protoboard, onde foi possível se fazer os testes usando LEDs de 5mm e o display, verificando se a placa gerava o PWM mudando a intensidade dos LEDs e se o display respondia aos comandos dados, mostrando na saída as mensagens corretas. No decorrer do desenvolvimento do projeto houve uma mudança nos planos de usar o transformador devido ao tamanho que ficou dificultando sobremaneira o manuseio. Isso fez com que se optasse por usar uma fonte de tensão contínua montando duas fontes de 38V/3A em série para se obter na saída 76V, sendo suficientes para alimentar os LEDs. O novo esquemático sofreu uma pequena alteração e este é mostrado abaixo na figura 16:


38

Figura 16: Novo esquemático das fontes de corrente J9 12V

Tensão

2

3 2

7 5

1

R11 POT

U3

+

6

R14

-

C6 100nF

1 2 3

1K R13 10K

12V J1 1 2

IRF540 C7 10uF

Alimentação 12V

2

4 8 1

CA3140 3

1 2 LEDAZ J8

1

3 R12 100K R15 Rref

J2 2 1

Tensão

Fonte de Tensão J7

J3

Tensão

12V

Microcontrolador

R6 POT 2

1 2 LEDVD

3 2

7 5

1

3 2 1

U2

+

6

J6 R9

-

R8 10k

1K

1 2 3 IRF540

C5 10uF 2

4 8 1

3

CA3140

C4 100nF

1

3 R7 100K R10 Rref

J5 Tensão

1 2 LEDVM

R1 POT 2

3 2

7 5

1

12V

u1

+

6

J4 R4

-

1K R3 10k

1 2 3 IRF540

C3 10uF

2

4 8 1

CA3140 3

C2 100nF

1

3 Title

R2 100K R5 Rref

Size A4 Date:

Fonte Corrente LEDs(Biotable RGB) Document Number

Rev

O1 Sheet

1

of

1

A diferença se dá pelo fato de não precisar mais retificar a tensão de entrada, pois a mesma será contínua, portanto, foram eliminados a ponte de diodos e o capacitor de entrada que serviria como filtro. Foi montada uma nova placa para as fontes de corrente a qual é apresentada na figura 17:

Figura 17: Fonte de Corrente nova


39

Houve também a troca do LED que seria usado como fonte de luz. Ao invés de colocar o Luxeon III, optou-se por colocar o LED tipo Rebel (ver figura 18), pois é bem menor em relação ao Luxeon III, com praticamente a mesma intensidade luminosa.

Figura 18: LED Rebel

Fonte: Datasheet Lumileds

Com a mudança do LED é obtida uma nova tensão total de operação. Sabendo que a tensão típica de operação do LED Rebel vermelho é de 2,9V e dos LEDs Rebel verde e azul é de 3,15V e a corrente de operação 0,7A para todos os LEDs, a tensão total para os LEDs vermelhos será de 58V (20 LEDs*2,9V)e sua potência dissipada 40,6W(58V*0,7A). Para os LEDs azuis e verdes a tensão total será 63V (20 LEDs*3,15V) e a potência dissipada 44,1W (63V*0,7A). A nova corrente total do circuito será de 2,1A (3 tipos de LEDs*0,7A). Sabendo que a tensão de alimentação para os LEDs fornecida pela fonte de tensão contínua será de 76V, no transistor, a potência dissipada usando os LEDs Rebel será de: LED Vermelho: 76-58=18*0.7=>12,6W LED Azul e Verde: 76-63=13*0.7=>9,1W Esses valores estão dentro do limite da potência dissipada que o transistor agüenta. Pelo fato do LED Rebel ser SMD, a nova placa será uma placa especial de núcleo metálico funcionando como dissipador, e suas trilhas serão feitas somente no top (parte superior da placa). Segue abaixo na figura 19 o layout da nova placa:


40

Figura 19: Layout placa LED Rebel

Uma vez que todas as placas foram montadas o esquema da parte eletrônica é apresentado na figura 20: Figura 20: Esquema da parte eletrônica Display LCD Fontes de Tensão. 76 e 12V

Circuito de Controle

Driver de Corrente

Array de Leds

Na figura, o bloco que contém as fontes de tensão de 76 e 12 Volts alimenta as placas de circuito impresso da fonte de corrente e do circuito de controle. O circuito de controle por sua vez, comanda o display LCD, dando os comandos necessários para que ele interaja com o usuário


41

do sistema e envia como saída para a entrada da fonte de corrente o PWM que será responsável pela variação da corrente nos LEDs. O driver de corrente é responsável por fornecer a corrente tratada ao array de LEDs e este por sua vez é composto por 60 LEDs, distribuídos de forma simétrica na placa de circuito impresso.

3.2.2 Parte lógica

Feita a parte eletrônica o segundo passo foi partir para o desenvolvimento do software para realizar o controle de luminosidade do dispositivo utilizando a linguagem C. A técnica usada para esse controle foi o PWM, podendo incrementar e decrementar a intensidade da iluminação. O software foi dividido em dois blocos, sendo estes o bloco de configuração onde é possível escolher uma das cores dos LEDs e incrementá-lo ou decrementá-lo e o bloco de execução que é o modo em que o PWM fica em execução mostrando a cor que foi configurada. Enquanto estiver em modo de configuração o modo de execução é suspenso e vice-versa. O problema maior nessa fase foi fazer o sincronismo entre as rotinas do PWM e as rotinas de controle do display LCD que demandam muito tempo. Caso deixasse sem sincronismo geraria “flickers” (freqüência em que os LEDs piscam e o olho humano consegue visualizar) nos LEDs. A solução foi separar o programa em blocos diferentes. Para um melhor entendimento do programa foi feito um fluxograma que encontra-se no Apêndice A onde mostra as opções de inicialização do sistema, as configurações que o usuário pode ter, tendo a opção de escolher ou o LED vermelho ou o verde ou o azul e a possibilidade de incrementar ou decrementar a sua intensidade combinando as cores. Abaixo é dada uma breve descrição das funções que fazem parte do programa: void LCDInit: função que inicializa o LCD, dando os comandos necessários, como o modo de funcionamento do cursor, comando para limpar o LCD; void Display_Write: faz mascaramento para trabalhar escrevendo com 4 bits na área de dados; char Putchar: escreve um caracter no display, retornando um valor; void LCDGotoxy: posiciona cursor no display na linha e coluna desejada; void LCDClearline: função que limpa a linha do display; void delay: função de conta um determinado tempo em segundos;


42

void EscreveDisplay: função que escreve um texto no display indicando posição inicial. 3.2.3 Parte mecânica Na parte mecânica o primeiro passo foi criar a peça principal que é a base onde os LEDs ficarão fixos. A idéia é que esta já servisse como dissipador para o calor liberado pelos 60 LEDs, para isso foi feito com várias haletas. Ela foi desenhada, dando uma prévia de como ficaria a peça, conforme figuras 21 e 22: Figura 21: Dissipador

Figura 22: Cotas do dissipador

r


43

O material utilizado foi uma placa de alumínio, por ter a característica de dissipar bem o calor. Além da dissipação normal, ainda é possível fazer um resfriamento da base de alumínio utilizando água, onde circula por dentro da peça. Para que essa circulação ocorra são colocadas mangueiras nos niples, onde um serve como entrada de água e o outro como saída. A peça ficou pronta, satisfazendo as expectativas para seu uso. Abaixo segue a visualização da peça através das figuras 23 e 24: Figura 23: Vista 3D cima

Figura 24: Vista 3D baixo

Em seguida foram feitos os lados da mesa óptica. Estes servem como sustentação para o vidro, terminando de compor a mesa. Na figura 25 temos o resultado: Figura 25: Lados da BioTable


44

Depois de montada a estrutura mecânica, a mesa para cultura de células tomou uma forma satisfatória, atendendo as expectativas do projeto. A área iluminada uniformemente por ela é de 180cm2. A figura 26 mostra a Biotable RGB montada:

Figura 26: BioTable

A base dissipadora fica a uma distância fixa de um vidro cuja espessura é de 3mm, sendo este fosqueado, tudo isso para garantir a uniformidade da iluminação onde será colocada a placa de orifícios com os micro-organismos a serem avaliados.


45

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Uma vez montada a placa foram feitos os testes objetivando validar o funcionamento de todo o sistema. Para tanto, foram monitorados os valores das tensões nas saídas do microcontrolador os quais estão apresentados na tabela 2 abaixo. Nela pode ser observada que o PWM projetado oferece uma saída compatível com os valores esperados. Entretanto, fica claro que para os mesmos incrementos observa-se uma ligeira variação nos valores das tensões de uma saída para outra.

Incrementos Saída P1.5(V)

Saída P1.6(V)

Saída P1.7(V)

0

0

0

0

1

0,40

0,38

0,46

2

0,80

0,80

0,86

3

1,26

1,25

1,27

4

1,67

1,65

1,68

5

2,09

2,08

2,09

6

2,50

2,42

2,49

7

2,90

2,80

2,90

8

3,31

3,20

3,31

9

3,70

3,60

3,71

10

4,10

4,01

4,12

11

4,90

4,91

4,94

Tabela 2: Resultados do PWM

Na fonte de corrente o elemento principal é a tensão de referência e esta é medida no resistor de referência, como é mostrado na figura 27.


46

Figura 27: Tensão de Referência

Na figura 27 mostra a entrada do PWM num potenciômetro que está conectado ao pino 3. O valor da tensão de referência é calculada proporcionalmente em cima desse potenciômetro e terá sempre um novo valor da tensão de referência a partir dos incrementos e decrementos dados no PWM. Entre os pinos 2 e 3 teoricamente existe um curto-circuito virtual devido a configuração do circuito e o valor de tensão que está no pino 3, passa a estar no pino 2. Como o pino 2 est�� ligado ao resistor de referência essa tensão pode ser obtida medindo em cima desse resistor. Baseado nisso, é possível saber a corrente que está passando pelo ramo. Uma vez que a tensão de referência irá variar devido aos incrementos do PWM que se encontra na tabela 2, a corrente também sofrerá modificações dando as variações de intensidade de luminosidade nos LEDs. Na tabela 3 é apresentado o resultado dessa variação de corrente em função da tensão de referência. Sabendo que o resistor de referência é de 0,33 ohms e a corrente máxima é 0,7 A, a tensão de referência máxima será de 0,231 V quando se quiser a intensidade máxima dos LEDs.


47

Incrementos

Tensão de

Corrente

Tensão de

Corrente

Tensão de

Corrente

Referência

LED

Referência

LED

Referência

LED

LED VM (V)

VM (A)

LED VD(V)

VD (A)

LED AZ(V)

AZ (A)

0

0

0

0

0

0

0

1

0,0184

0,056

0,0175

0,053

0,0212

0,064

2

0,0369

0,112

0,0369

0,112

0,0397

0,120

3

0,0582

0,176

0,0577

0,175

0,0586

0,177

4

0,0771

0,233

0,0762

0,231

0,0776

0,235

5

0,0965

0,292

0,0960

0,291

0,0965

0,292

6

0,1155

0,350

0,1118

0,338

0,1150

0,348

7

0,1339

0,406

0,1293

0,392

0,1339

0,406

8

0,1529

0,463

0,1478

0,448

0,1529

0,463

9

0,1709

0,518

0,1663

0,504

0,1714

0,519

10

0,1894

0,574

0,1852

0,561

0,1903

0,576

11

0,2263

0,686

0,2268

0,687

0,2291

0,694

Tabela 3: Tensão de referência e Corrente nos LEDs

De acordo com esses resultados obtidos na tabela 3 é mostrado um gráfico comparativo da corrente em função da tensão de referência das três cores de LEDs. Como foi citado, pode-se perceber que apesar de ser o mesmo programa de controle de PWM, para os mesmos incrementos, as saídas sofrem uma pequena variação uma em relação à outra. Provavelmente isso se deve a medição com o multímetro que não teve uma precisão correta, provocando essas pequenas diferenças entre as saídas do microcontrolador, porém está dentro da faixa de erro de medição do aparelho.


48

0,8 0,7

Corrente(A)

0,6 0,5

LED Vermelho

0,4

LED Verde

0,3

LED Azul

0,2 0,1 0 0

0,1

0,2

0,3

Tensão de Referência(V)

Gráfico 1: Corrente x Tensão de Referência

Para o projeto, o objetivo primordial é a variação da intensidade dos LEDs de forma que fosse possível “criar” cores diferentes ao combinar os três comprimentos de onda que compõe a mesa óptica. Aparentemente esses resultados foram bastante satisfatórios, tendo em um intervalo de 0 a 5V no PWM uma boa variação das tensões de referência e conseqüentemente das correntes garantindo que a intensidade da luminosidade dos LEDs variasse bastante, sendo perceptível aos olhos humanos através das “novas” cores criadas. Na verdade, não se obtém novos comprimentos de onda ao misturar as intensidades dos três tipos de comprimentos que compõe a mesa óptica, mas os olhos humanos identificam como tal, como se fosse uma nova cor. Pode-se observar que o dispositivo funcionou de acordo com as expectativas. Ao unir a parte mecânica com a parte eletrônica obteve-se os resultados esperados, conseguindo variar as intensidades das cores, porém para efeitos de pesquisa não se pode ainda dar certeza da eficácia, pois ficará aos cuidados do laboratório de Biofotônica dentro do CePOF para realização dos estudos e pesquisas com as combinações dos comprimentos de onda reagindo com algum tipo de fotosensibilizador e concluir que benefícios poderá trazer para o tratamento de PDT (Photodynamic Therapy). Em se tratando de desenvolvimento de projeto, um fator bastante importante são as decisões que são tomadas no decorrer do mesmo. Algumas são acertadas, outras não. Dentre estas


49

concluiu-se que uma decisão não muito adequada para desenvolver o dispositivo para controle de intensidade da iluminação foi o uso do microcontrolador AT89S8252, pois ele não possui o módulo PWM, tendo, portanto que desenvolver a técnica por software. A vantagem de se utilizar um microcontrolador que já tivesse o módulo PWM seria gastar menos tempo de desenvolvimento do projeto, pois bastaria setar suas configurações ao invés de criar um software que gerasse o PWM. Outra decisão não muito acertada foi a troca dos LEDs no decorrer do projeto. Isso se deve a dificuldade de se soldar os LEDs do tipo Rebel na placa. Para que pudesse soldá-los houve a necessidade de um forno especial comprometendo um pouco o tempo de desenvolvimento do projeto até conseguir um lugar para que isso pudesse ser feito.


50

5. CONCLUSÃO

Neste capítulo são apresentadas as conclusões referentes aos resultados alcançados no trabalho proposto e também sugestões para novas pesquisas.

5.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O objetivo geral do projeto era desenvolver um dispositivo para pesquisas de controle bacteriológico e cultura de células baseado no uso de LED (Ligth Emitting Diode) de alta potência, com comprimentos de onda diferentes, para utilização em diversos trabalhos de pesquisadores do Instituto de Física da USP (Universidade de São Paulo) de São Carlos em parceria com faculdades de odontologia e hospitais da região. Obteve-se êxito no desenvolvimento do dispositivo, sendo este microcontrolado, tendo como resultado a mesa para cultura de células, onde os LEDs que a compõe permitem gerar três comprimentos de onda, que cobre grande parte do espectro visível atendendo aos objetivos propostos. No projeto, o microcontrolador AT89S8252, mesmo não sendo o mais adequado para uso funcionou para o propósito a qual foi destinado, realizando bem sua função, tendo uma performance excelente. O software desenvolvido para gerar o PWM funciona com sincronismo gerando o modo de configuração e o modo de execução, e essas opções de operações podem ser mostradas através da interface homem – máquina que é o display LCD. Apresentou-se como um dispositivo com uma interface amigável e de fácil compreensão de uso. Em relação à fonte de corrente teoricamente foi ajustada de tal forma que garantisse a mesma intensidade luminosa para todos os LEDs, porém na prática foi visto que não funcionou assim, tendo pequenas diferenças na saída do PWM dos LEDs e consequentemente nas correntes, porém tal efeito não compromete o funcionamento do dispositivo, pois essa diferença pode ser corrigida via software do microcontrolador.


51

5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

As possíveis sugestões para trabalhos futuros seriam: usar um microcontrolador que já contenha o módulo PWM, economizando assim tempo de desenvolvimento de projeto. Outra sugestão para trabalhos futuros seria a possibilidade de salvar as configurações utilizadas, a partir do momento que elas tenham apresentado um bom resultado para os pesquisadores. Para tanto, seria interessante criar um dispositivo que identificasse a potência em Watts em função de um ou mais comprimentos de onda utilizados para a reação, possibilitando ao pesquisador saber, por exemplo, qual a potência em Watts poderia ser usada para matar determinada bactéria. Uma vez salva a configuração, o usuário poderia recuperá-la posteriormente para outras aplicações. A mesa óptica ficaria bem mais dinâmica, facilitando ainda mais as pesquisas. Poderia-se também acrescentar outros tipos de LEDs, como o ultravioleta e o infravermelho, para estender o poder de pesquisas com novas fontes de luz.


52

REFERÊNCIAS

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<

MARSHALL, Brain. Como funcionam os microcontroladores. 01 de abril de 2000. Disponível em: < http://informatica.hsw.com.br/microcontroladores.html. >Acesso em: 07 de maio de 2007. MARSHALL, Brain. Como funcionam os semicondutores 25 de abril de 2001 Disponível em: < http://www.hsw.com.br/semicondutores.htm > Acesso em: 09 de maio de 2007. MORIYAMA, Eduardo H.,PACHECO, Marcos T., VILLAVERDE, Antônio B., WILSON, Brian C., ZÂNGARO, Renato A..Revista Brasileira de Cancerologia: Resposta in vitro de Células Gliossarcoma 9L após Terapia Fotodinâmica utilizando Imagem de Bioluminescência.2005. 51(1):15-22.


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NICOLOSI, Denys Emílio Campion. Laboratório de microcontroladores: família 8051 Treino de instruções, hardware e software. São Paulo: Érica, 2002. NICOLOSI, Denys Emílio Campion. Microcontrolador 8051 detalhado. São Paulo: Érica, 2000. PÁDUA,Elisabete Matallo Marchesini de. Metodologia da pesquisa: Abordagem teóricoprática. 10ª ed. rev. e atual.- Campinas, SP: Papirus, 2004. SCHUBERT, E. Fred. Light-Emitting Diodes. Cambridge, 2003. SEDRA, Adel B.; SHMITH, Kenneth, C. Microeletrônica. 4ª edição. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2000. SILVA JÚNIOR, Vidal Pereira da. Aplicações Práticas do Microcontrolador 8051.8ª ed. São Paulo: Érica, 1988. Wikipédia,

AMPLIFICADOR

OPERACIONAL.

Disponível

em:

<

http://pt.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional >. Acesso em: 10 mai. 2007.

Wikipédia, LED. Disponível em: < http://pt.wikipedia.org/wiki/LED >. Acesso em: 09 mai. 2007. Wikipédia, SEMICONDUTOR. Disponível em: < http://pt.wikipedia.org/wiki/semicondutor >. Acesso em: 09 mai. 2007


54

APÊNDICE A - Fluxograma Início

A

Inicializa LCD Escreve no Display “Biotable RGB” N Se LED escolhido for=Vermelho

Escreve no Display “Selecione um LED”

S

C

Entra no modo de Configuração

Escreve no Display “LED Vermelho”

N

Se Botão decrementa for escolhido e for >0

N

Se Botão incrementa for escolhido e for < 11

S

S

Decrementa LED Verde

Incrementa LED Vermelho

Atualiza Barra Display

Atualiza Barra Display

S

S Decrementa

Incrementa

N

N Escreve no Display: “Executando...” “Selecione um LED”

S

Botão Vermelho Selecionado

N

D

E


55

A

N

B

Se LED escolhido for=Verde

S Entra no modo de Configuração

Escreve no Display “LED Verde”

N

Se Botão decrementa for escolhido e for >0

Se Botão incrementa for escolhido e for < 11 S Incrementa LED Verde

Decrementa LED Verde

Atualiza Barra Display S

Atualiza Barra Display

Incrementa

S Decrementa N

Botão Verde Selecionado

N

S Escreve no Display: “Executando...” “Selecione um LED”

C


56

B

N

E

Se LED escolhido for=Azul

S Entra no modo de Configuração

Escreve no Display “LED Azul”

N

Se Botão decrementa for escolhido e for >0

Se Botão incrementa for escolhido e for < 11 S Incrementa LED Azul Atualiza Barra Display

Decrementa LED Azul

S

Atualiza Barra Display

Incrementa

S

N

Decrementa N

Botão Azul Selecionado

N

S Escreve no Display: “Executando...” “Selecione um LED”

D


57

APÊNDICE B – Programa feito em C

Segue abaixo o código-fonte do programa: #include <stdio.h> #include <at89S8252.h> //P1_0->Configuração led Vermelho //P1_1->Configuração led Verde //P1_2->Configuração led Azul //P1_3->Incrementa //P1_4->Decrementa //P1_5->Saída Led Vermelho //P1_6->Saida Led Verde //P1_7->Saida Led Azul sfr at 0x80 DISPLAY; //TODOS OS PORTS P0 sbit at 0xB6 E;

//P3_6; ENABLE

sbit at 0xB7 PA0;

//p3_7 R/S INSTRUÇÃO OU DADO

void Display_Write(int RS, unsigned int dat); void LCDInit(void); char Putchar (char c); void LCDGotoxy(unsigned int x, unsigned int y); void LCDClearLine(unsigned int line); void delay5ms(void); void delay(unsigned int tempo); void EscreveDisplay(int Col, int Lin,int qt, char *Texto);


58

void main(void) { int T=10; //Período int resulbt,soltabotao; int A,B,C,u; int i,x1,x2,x3; soltabotao=0; x1=0; x2=0; x3=0; A=0; B=0; C=0; P1_0=1; P1_1=1; P1_2=1; P1_3=1; P1_4=1; P1_5=0; P1_6=0; P1_7=0; u=0; LCDInit(); delay(1000); EscreveDisplay (5,1,8,"GRUPO DE"); EscreveDisplay (6,2,6,"OPTICA") ; delay (2000); LCDClearLine(1); LCDClearLine(2); EscreveDisplay (7,1,3,"LAT"); EscreveDisplay (1,2,15,"LAB. APOIO TEC."); delay (2000); LCDClearLine(1); LCDClearLine(2); EscreveDisplay (3,2,12,"BIOTABLE RGB"); delay (2000); LCDClearLine(2); EscreveDisplay (1,1,16,"SELECIONE UM LED"); delay(2000); while (1) { if (u == 1)


59

{ LCDClearLine(1); LCDClearLine(2); EscreveDisplay (1,1,14,"EXECUTANDO...."); EscreveDisplay (1,2,16,"SELECIONE UM LED"); delay(10); } while(A==0 && B==0 && C==0 ) //MODO DE EXECUÇÃO DE PWM PARA TRÊS LEDS(DEFININDO CICLO ATIVO -> x) { for(i=0;i<=T;i++) { if(i<x1) //CICLO ATIVO LED VERMELHO { P1_5=1; } else { P1_5=0; } if(i<x2) //CICLO ATIVO LED VERDE { P1_6=1; } else { P1_6=0; } if(i<x3) //CICLO ATIVO LED AZUL { P1_7=1;


60

} else { P1_7=0; } } //*******SELEÇÃO DOS LEDS******* while(P1_0==0) //******* SELECIONA LED VERMELHO ******* { P1_5=0; P1_6=0; P1_7=0; A=1; B=0; C=0; } while(P1_1==0) //******* SELECIONA LED VERDE ******* { P1_5=0; P1_6=0; P1_7=0; A=0; B=1; C=0; } while(P1_2==0) //******* SELECIONA LED AZUL ******** { P1_5=0; P1_6=0; P1_7=0;


61

A=0; B=0; C=1; } }//FIM DO WHILE A && B && C while (A == 1) { if (P1_0 == 1) { soltabotao = 1; } else { soltabotao = 0; } resulbt = 0; LCDClearLine(1); LCDClearLine(2); EscreveDisplay (3,1,12,"LED VERMELHO"); EscreveDisplay (1,2,4,"POT:"); for(i=1;i<=x1;i++) { EscreveDisplay(i+4,2,9,"|

");

} if (P1_3 == 0) { delay(10); do { if (P1_3 == 1) //INCREMENTA LED VERMELHO


62

{ resulbt=1; if(x1<=T) { x1=x1+1; } } }while (resulbt == 0); } if (P1_4 == 0) { delay(10); do { if (P1_4 == 1) //DECREMENTA LED VERMELHO { resulbt=1; if(x1>0) { x1=x1-1; } } }while (resulbt == 0); } if ((P1_0 == 0) && (soltabotao == 1)) { delay(10); do { if (P1_0 == 1)


63

{ resulbt=1; A=0; u=1; soltabotao = 0; LCDClearLine(1); LCDClearLine(2); } }while (resulbt == 0); } }//FIM DO WHILE A while (B == 1) { u =1; if (P1_1 ==1) { soltabotao = 1; } else { soltabotao = 0; } resulbt = 0; LCDClearLine(1); LCDClearLine(2); EscreveDisplay (4,1,9,"LED VERDE"); EscreveDisplay (1,2,4,"POT:"); for(i=1;i<=x2;i++) { EscreveDisplay(i+4,2,9,"| }

");


64

if (P1_3 == 0) { delay(10); do { if (P1_3 == 1) //INCREMENTA LED VERDE { resulbt=1; if(x2<=T) { x2=x2+1; } } }while (resulbt == 0); } if (P1_4 == 0) { delay(10); do { if (P1_4 == 1) //DECREMENTA LED VERDE { resulbt=1; if(x2>0) { x2=x2-1; } } }while (resulbt == 0); } if ((P1_1 == 0) && (soltabotao == 1))


65

{ delay(10); do { if (P1_1 == 1) { resulbt=1; B=0; soltabotao =0; LCDClearLine(1); LCDClearLine(2); } }while (resulbt == 0); } }//FIM DO WHILE B while (C == 1) { u =1; if (P1_2 == 1) { soltabotao = 1; } else { soltabotao = 0; } resulbt = 0; LCDClearLine(1); LCDClearLine(2); EscreveDisplay (4,1,8,"LED AZUL"); EscreveDisplay (1,2,4,"POT:");


66

for(i=1;i<=x3;i++)// escreve ciclo ativo { EscreveDisplay(i+4,2,9,"|

");

} if (P1_3 == 0) { delay(10); do { if (P1_3 == 1) //INCREMENTA LED VERDE { resulbt=1; if(x3<=T) { x3=x3+1; } } }while (resulbt == 0); } if (P1_4 == 0) { delay(10); do { if (P1_4 == 1) //DECREMENTA LED VERDE { resulbt=1; if(x3>0) { x3=x3-1; }


67

} }while (resulbt == 0); } if ((P1_2 == 0) && (soltabotao == 1)) { delay(10); do { if (P1_2 == 1) { resulbt=1; C=0; soltabotao = 0; LCDClearLine(1); LCDClearLine(2); } }while (resulbt == 0); } }//FIM DO WHILE C }//FIM DO WHILE(1) }//FIM DA MAIN() //******

FUNÇÕES DO DISPLAY LCD 16x2 -> BIBLIOTECA

******

void Display_Write(int RS, unsigned int dat) { unsigned int idado; PA0 = RS; /* PA0 = RS */ DISPLAY = DISPLAY & 0x0F; // Faz um E logico com a porta e a saida (1*X=X) idado = dat & 0xF0;

// Pega a parte alta do byte.

DISPLAY = DISPLAY | idado;


68

E = 0; /* = ENABLE DO DISPLAY */ E = 1; E = 0; DISPLAY = DISPLAY & 0x0F; // Faz um E logico com a porta e a saida (1*X=X) idado = dat & 0x0F ;

// Zera nible superior fazendo um E l贸gico.

idado = idado << 0x04;

//Desloca 4 vezes para esquerda

DISPLAY = DISPLAY | idado; E = 0; /* = ENABLE DO DISPLAY */ E = 1; E = 0; DISPLAY = DISPLAY & 0x0F; // Faz um E logico com a porta e a saida (1*X=X) } /*********************************************************************** * LCDInit(); inicializa o LCD ***********************************************************************/ void LCDInit(void) { Display_Write(0,0x28); delay(10); Display_Write(0,0x28); delay(10); Display_Write(0,0x06); //Modo de funcionamento Movimenta Cursor p/ Direita. delay(10); Display_Write(0,0x0C); //Controle do Display delay(10); Display_Write(0,0x02); //Home Cursor delay(10); Display_Write(0,0x01); //Limpa Display } /***********************************************************************


69

* LCDPutchar() escreve um caracter no display essa função retorna um valor ***********************************************************************/ char Putchar (char c) { Display_Write(1,c); delay(10); return c; } /*********************************************************************** * LCDGoto(x,y)posiciona cursor no display. ***********************************************************************/ void LCDGotoxy(unsigned int x, unsigned int y) { unsigned int c; x=x-1; y=y-1; c = 0x80 + y*0x40 + x; Display_Write(0,c); } /*********************************************************************** * LCDClearLine() função que recebe uma variavel e limpa o display * LCDClearLine(1); limpa linha 1 * LCDClearLine(2); limpa linha 2 ***********************************************************************/ void LCDClearLine(unsigned int line) { EscreveDisplay(1,line,16,"

");

} /***********************************************************************


70

* Timer por MANOEL * delay(1000) = 1 segundo. ***********************************************************************/ void delay(unsigned int tempo) { TMOD |=0x01; /*T/C0 no modo 16bits alterando os 2 ultimos bits para contar em 16bits*/ do { TH0 = 0x0F9; // FF59 p/ 100us Cristal 20 MEGa F97D ->1ms //TL0 = 0x07C; // 100us = (65536 - Vinicial)(1/20M) TL0 = 0x70; TF0=0;

// desligar flag de overflow

TR0=1;

// Ligar Timer

while (!TF0); TR0=0; }while (--tempo); // faca enquanto t t_ms > 0 } /*********************************************************************** * Exemplo EscreveDisplay(5,1,5,"LIEPO"); * Linha = 1 Coluna =5 Quantidade de caracteres = 5 ... MSG = "LIEPO" ***********************************************************************/ void EscreveDisplay(int Col, int Lin, int qt,char *Texto) { //Funcao escreve um texto no display indicando posicao inicial. unsigned int a,i; a = qt; EA = 0;

// Desabilita todas interrupcoes

LCDGotoxy(Col,Lin); // Seta posicao do cursor for(i = 0 ; i < a ; i++ )


71

{ Display_Write(1,Texto[i]); //delay(1); } EA = 1; //return; }

// Habilita todas as interrupcoes


M0131