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Sensor de Nível Liquídos
EPO.007.15
Curso Profissional de Técnico de Gestão de Equipamentos Informáticos
Aluno: André Ferraria - Filipe Rodrigues
N.º 3251 - 3255
O. Projeto: José Carlos Alves
Ano letivo 2017 /2018
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PROJETO DE APTIDÃO PROFISSIONAL
Sensor de Níveis Líquidos
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Find a job you love, and you will never have to work a day in your life.
- Confussio
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Índice
Nota Prévia .................................................................................................................................................. 4
Introdução .................................................................................................................................................... 5
Objetivos ...................................................................................................................................................... 6
Apresentação do material envolvido .......................................................................................................... 7
Arduíno UNO ............................................................................................................................................ 7
Breadboad ................................................................................................................................................ 8
Sensor ultrassónico .................................................................................................................................. 9
LCD ......................................................................................................................................................... 10
Jumpers .................................................................................................................................................. 11
Resistência .............................................................................................................................................. 11
Potenciómetro ....................................................................................................................................... 12
LEDs ........................................................................................................................................................ 12
Tubo PVC ................................................................................................................................................ 13
Suporte Quatro Pilhas AA com Plug ....................................................................................................... 13
Apresentação do Software envolvido ....................................................................................................... 14
Arduíno IDE ............................................................................................................................................ 14
TinkerCAD (Autodesk) ............................................................................................................................ 14
Explicação do protótipo ............................................................................................................................. 15
Circuito ................................................................................................................................................... 15
Arduíno UNO .......................................................................................................................................... 16
Sensor Ultrassónico ................................................................................................................................ 16
LEDs ........................................................................................................................................................ 17
Display LCD ............................................................................................................................................. 17
Potenciómetro ....................................................................................................................................... 18
Suporte de Pilhas.................................................................................................................................... 18
Orçamento ............................................................................................................................................. 19
Conclusão ............................................................................................................................................... 20
WebGrafia .............................................................................................................................................. 21
Agradecimentos ..................................................................................................................................... 22
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Índice de Figuras
Figura 1 - BreadBoard .......................................................................................................... 8
Figura 2 - Sensor Ultrassónico Pinout ................................................................................... 9
Figura 3 - Logotipo Arduino IDE .......................................................................................... 14
Figura 4 - Logotipo TinkerCAD ............................................................................................ 14
Figura 5 - Logotipo Autodesk .............................................................................................. 14
Figura 6 - Esquêma do Circuito ........................................................................................... 15
Figura 7 - Arduino UNO ...................................................................................................... 16
Figura 8 - Sensor Ultrasónico HC-SR04 ................................................................................ 16
Figura 9 - Display LCD 16x2 ................................................................................................ 17
Figura 10 - Potenciómetro 10K ........................................................................................... 18
Figura 11 - Suporte 4x Pilhas AA
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Nota Prévia
Para a conclusão do Curso Professional de Técnico de Gestão de Equipamentos Informá-
ticos na Escola Profissional de Ourém (EPO) foi proposto a realização de um projeto de aptidão
profissional. Este projeto consiste na elaboração de um projeto de cariz mais eletrónico, onde
vamos aplicar todos os conhecimentos que fomos obtendo ao longo do curso e adquirir e apro-
fundar novos conhecimentos.
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Introdução
A utilização de equipamentos eletrónicos em substituição aos seus equivalentes mecâ-
nicos ou eletromecânicos é um processo que está em crescimento e mais cedo ou mais tarde
tende a propagar-se para as mais diversas áreas.
A vantagem dessa substituição é que permite uma grande flexibilidade, com possibili-
dade de uso para diversas funções adaptando apenas o software, além da facilidade de imple-
mentação de funcionalidades novas.
Este protótipo apresentará a viabilidade e vantagens da implementação do uso de sen-
sores tradicionais, mas com a possibilidade de ser adaptado facilmente para diversas situações.
Para a realização deste projeto será essencial estudo e pesquisa de componentes ne-
cessários para implementação do projeto, detalhes da plataforma de hardware e software uti-
lizados, programação do microcontrolador, entre outros assuntos apresentados.
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Objetivos
Com este projeto pretende-se o desenvolvimento completo do hardware e software de
um sensor do nível líquidos destinado á medição e monitoramento da quantidade de líquido de
reservatórios e acesso aos mesmo online através do uso de Arduíno e de um modulo wi-fi com
a possibilidade de substituir o seu equivalente mecânico.
Para o hardware é necessário que os componentes sejam compatíveis eletricamente
entre si e uma descrição do circuito para interligação do mesmo. O componente tem como obje-
tivo ser de baixo custo e de fácil aquisição no mercado com uma montagem dos componentes
rápida e simples, requerendo pouco ou nenhum equipamento ou instalações específicas.
Para o software, tem-se como objetivo a programação da parte lógica para os compo-
nentes de hardware, que monitoriza a variância da quantidade de liquido do deposito onde o
sensor está instalado.
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Apresentação do material envolvido
Arduíno UNO
Arduíno é uma plataforma de prototipagem eletrônica open source e de placa única,
projetada com um microcontrolador Atmel AVR com suporte de Input/Output embutido, uma
linguagem de programação padrão a qual tem origem em Wiring (essencialmente C/C++).
Objetivo do uso do Arduíno é criar ferramentas que são acessíveis, com baixo custo,
flexíveis e fáceis de se usar por artistas e amadores. Principalmente para aqueles que não teriam
alcance aos controladores mais sofisticados e de ferramentas mais complicadas.
Neste projeto o Arduíno será responsável pela leitura do o sensor ultrassónico e vai usar
esses dados para medir a quantidade de água.
Este componente foi adquirido na loja Gearbest.
Arduíno Uno
Tensão operacional 5V
Tensão de entrada 7 – 12V
Pinos digitais 14 (6PWM)
Pinos de entrada analógica 6
Preço 4,59€
Quantidade 1
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Breadboad
Uma placa breadboard é uma placa com furos e ligações condutoras que serve para
prototipagem de circuitos elétricos experimentais. A grande vantagem da placa de ensaio na
montagem de circuitos eletrónicos é a facilidade de inserção de componentes, uma vez que não
necessita de solda. As placas variam entre 800 furos e 6000 furos, tendo ligações verticais e
horizontais.
Neste componente será montado o protótipo.
BB-801 Placa de Ensaio
Tipo Placa de Ensaio Sem Solda
Pontos 400
Pinos digitais 14 (6PWM)
Preço 4,07€
Figura 1 - BreadBoard
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Sensor ultrassónico
Sensores ultrassónicos são dispositivos que transformam impulsos elétricos em ondas
ultrassónicas, dividas entre o transmissor e o recetor. O transmissor, como o nome indica, envia
as ondas ultrassónicas de 40 000 Hz que ao colidirem com o obstáculo voltam para o recetor, e
através dos dados de tempo entre emissão e recessão, e velocidade das ondas emitidas, calcula
a distância a que esse obstáculo se encontra. Com o tempo de viagem e a velocidade do som é
possível calcular a distância e com isso a profundidade.
Neste projeto será usado o sensor ultrassónico HC-SR04. A função deste componente
será de medir a distancia a que o liquido se encontra no recipiente.
Sensor Ultrassónico HC-SR04
Alimentação 5V DC
Alcance 2cm~5m
Corrente de operação 2mA
Precisão 3mm
Preço 1,35 €
Figura 2 - Sensor Ultrassónico Pinout
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LCD
Um display de cristal líquido (liquid crystal display), é um painel fino usado para exibir
informações por via eletrônica, como texto, imagens e vídeos.
Os LCDs têm uma interface paralela, o que significa que o microcontrolador tem que
manipular vários pinos de interface ao mesmo tempo para controlar a exibição.
Este componente será responsável pela exibição dos valores calculados pelo Arduíno.
1 SPI - protocolo que permite a comunicação do microcontrolador com diversos outros componentes, formando uma rede.
Standard LCD 16x2
Tamanho da tela 2,4 polegadas
Tipo Tela de LCD
Compatível Arduíno
Conectividade 3-fio de SPI1
Precisão 3mm
Preço 1,17 €
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Jumpers
Um Jumper é um fio condutor utilizado para ligar dois pontos de um circuito eletrónico.
São geralmente utilizados para configurar placas de circuitos. Quando é colocado um jumper so-
bre dois ou mais pinos, estabelece-se uma ligação elétrica entre eles. Serão estes os responsá-
veis pela conexão dos componentes ao microcontrolador.
Resistência
Uma resistência é um dispositivo elétrico muito usado, ora com a finalidade de transfor-
mar energia elétrica em energia térmica por meio do efeito joule, ora com a finalidade de limitar
a corrente elétrica de um circuito.
Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem
de corrente elétrica, através de seu material. A essa oposição damos o nome de resistência elé-
trica ou impedância, que possui como unidade o ohm.
Jumper
Tipo Jumper M – M / F – F
Tamanho 20Cm
Conteúdo 40 jumpers
Preço 4,07€
Resistências
Valor de Resistência 220Ω
Quantidade 7
Preço 1,26€
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Potenciómetro
Um Potenciómetro é um componente eletrónico que possui uma resistência elé-
trica ajustável. Normalmente, é uma resistência de três terminais onde a conexão central é
deslizante e manipulável. Se todos os três terminais são usados, atua como um divisor de ten-
são.
LEDs
Um díodo emissor de luz, mais conhecido pela sigla em inglês LED (Light Emitting Di-
ode), é usado para a emissão de luz em locais e instrumentos onde se torna mais conveniente
a sua utilização em vez de uma lâmpada devido ao seu baixo consumo de eletricidade.
Potenciómetro
Valor de Resistência 10KΩ
Quantidade 1
Preço 0,81 €
LEDs Multicolor
Tensão 5V
Quantidade 3
Preço 0,60€
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Tubo PVC
O policloreto de polivinila, mais conhecido pelo acrónimo PVC (da sua designação
em inglês Polyvinyl chloride) é um plástico não 100% originário do petróleo. É normalmente
utilizado em canalizações e na construção civil, mas neste caso será usado para simular um de-
pósito.
Suporte Quatro Pilhas AA com Plug
O Suporte de pilhas é um suporte com um ou mais compartimentos para pilhas. Nor-
malmente são de plastico, com forma quadrada, onde encaixa uma ou mais pilhas de diversos
tamanhos, ou compartimentos separados presos com parafusos ou outros meios.
Tubo PVC
Material PVC
Quantidade 1
Comprimento 1m
Preço 7,15€
Suporte Pilhas AA
Material Plástico
Cor Preto
Plug P4
Preço 2,28€
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Apresentação do Software envolvido
Arduíno IDE
O Arduíno IDE é uma aplicação multiplataforma escrita em java derivada dos projetos
processing e wirings. Permite desenvolver e introduzir a programação baseada em c++ para o
microcontrolador Arduíno. Inclui um editor de código com recursos de realce de sintaxe paren-
teses correspondestes e indentação automática sendo capaz de compilar e carregar programas
para a placa com um único clique.
TinkerCAD (Autodesk)
TinkerCAD é uma ferramenta de modelação de sólidos 3D em browser, usada para pro-
totipagem rápida e conhecida pela interface simples e fácil de usar. TinkerCAD inclui a ferra-
menta de modelação 3D e ferramenta de desenho de circuitos e esquemas eletrónicos, e inclui
também uma opção de simulação, para testes do código enviado. A 18 de Maio de 2013, a Tin-
kerCAD foi comprada pela Autodesk, uma empresa Americana que desenvolve software de ar-
quitetura, engenharia, construção, media e industrias de entretenimento.
Figura 3 - Logotipo Arduino IDE
Figura 5 - Logotipo Autodesk Figura 4 - Logotipo TinkerCAD
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Explicação do protótipo
Aqui vai ser explicado passo a passo o funcionamento do circuito, e cada função de todos
os seus componentes.
Circuito
Este é o circuito utilizado para a prototipagem do nosso projeto, em que o esquema
apresentado foi desenhado e simulado no software TinkerCAD.
Figura 6 - Esquema do Circuito
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Arduíno UNO
O Arduíno UNO é o cérebro de todo o circuito. Sendo um microcontrolador, é ele que
controla todas as funções de todos os outros componentes do circuito, e é para ele que é envi-
ada toda a programação do projeto.
Sensor Ultrassónico
O Sensor Ultrassónico emite um impulso sonoro, que ao colidir com o obstáculo vai ser
refletido de volta ao sensor, podendo assim, com os dados de velocidade e tempo decorrido
entre a emissão e receção, calcular-se a distância de qualquer objeto e enviar essa informação
de volta para o Arduíno.
Figura 7 - Arduíno UNO
Figura 8 - Sensor Ultrassónico HC-SR04
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LEDs
O Arduíno processa a informação recebida pelo Sensor Ultrassónico, e de acordo com a
programação instalada, vai ligar os LEDs coloridos indicando assim uma estimativa da altura a
que o liquido se encontra no deposito.
Display LCD
Ao mesmo tempo que os LEDs estão a receber a informação do Arduíno, o LCD tam-
bém está a receber as informações obtidas pelo Sensor Ultrassónico, e escreve no display a al-
tura do líquido na cisterna, e dependendo da área da base, o volume do mesmo líquido.
Figura 10 - Display LCD 16x2
Figura 9 - Leds
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Potenciómetro
A função do potenciómetro neste circuito é de regular os dados sobre a área da base
de cada depósito onde é aplicado o aparelho, sendo deste modo possível fazer o calculo para o
volume de liquido que se encontra no deposito, usando o valor de altura já adquirido pelo Sen-
sor Ultrassónico.
Suporte de Pilhas
O suporte de pilhas tem capacidade para 4 pilhas AA, e a sua função neste circuito é
segurar e combinar em série as pilhas que vão fornecer energia a todo o circuito. Cada pilha tem
1,5 Volts, e todas em série têm 6 Volts, e é essa a voltagem que vai ser fornecida ao Arduíno.
Figura 11 - Potenciómetro 10K
Figura 12 - Suporte 4x Pilhas AA
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Orçamento
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Conclusão
Depois de várias horas de trabalho com a realização deste projeto, concluímos que ape-
sar de todo o trabalho, aprendemos bastante na realização do mesmo e com ele conseguimos
aprofundar os nossos conhecimentos na área da assemblagem circuitos eletrónicos, na progra-
mação do Arduíno IDE e na seleção e comparação dos componentes. Ao longo deste projeto
deparamo-nos com vários obstáculos que foram ultrapassados através de pesquisa e do apoio
dos professores.
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WebGrafia
https://pt.wikipedia.org/wiki/Arduino
https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard
https://www.electroschematics.com/8902/hc-sr04-datasheet/
https://pt.wikipedia.org/wiki/LCD
https://pt.wikipedia.org/wiki/Jumper
https://www.electrofun.pt/modulo-wifi-esp8266
https://pt.wikipedia.org/wiki/LCD
https://pt.wikipedia.org/wiki/Jumper
https://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_emissor_de_luz
https://pt.wikipedia.org/wiki/Resist%C3%AAncia_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B4metro
https://www.arduino.cc/
https://www.tinkercad.com/
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Agradecimentos
Este projeto foi resultante do apoio de diversas pessoas, dadas de forma direta ou indi-
reta, mas todas elas essenciais para a realização do mesmo. Pelo que agradecemos a todos que
tornaram este projeto possível.
Aos professores José Carlos e Rui Ramos pela orientação, acompanhamento dado e pela
sua disponibilidade.
A todos os professores deste curso que contribuíram para enriquecer os nossos conhe-
cimentos ao longo deste percurso escolar.