Construindo um Simples Acionador Digital para Alarmes

O objetivo deste circuito é apresentar o funcionamento, através de uma simulação computacional, de um simples circuito digital para acionar alarmes. O circuito foi criado especificamente para ser usado como produto prático desenvolvido com os conhecimentos relacionados ao Latches.

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O circuito tem como elemento chave um simples Latch RS, que ao receber o sinal de um sensor qualquer, envia para sua saída, um sinal que pode ser usado para ativação de uma alarme qualquer; podendo este ser desde um simples sistema sonoro, até mesmo um sistema remoto com base em aplicativo móvel. Os sinais dos sensores, em número de cinco, são aglutinados por uma porta OR, de modo que qualquer um dos possíveis sensores, poderá "armar" o sistema. O sistema pode ser "desarmado" por um simples pulso de Reset, voltando assim ao seu estado inicial de prontidão.

Intercalando e Distribuindo Dados

A simulação tem como objetivo demonstrar, através de uma aplicação prática, o funcionamento de um circuito, com base em eletrônica digital, o qual permite intercalar e distribuir dados, ou seja, um circuito recebe um conjunto de bits e permite o encaminhamento, de forma individual e escalonada, de cada um dos bits de entrada para a saída.

Tanto o circuito do MUX, quanto o do DEMUX, tem como base um seletor, onde cada um dos quatro elementos do deste seletor é composto por uma porta AND de três entradas, nas quais, uma irá receber o dado de entrada e as outras duas o "código" de seleção, a saber: 00, 01, 10 e 11.

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Observa-se que o circuito que leva os sinais de S0 e S1 para cada uma das portas de seleção, foi planejado para nunca enviar o mesmo "código", para portas diferentes, de modo que apenas a sequência de entrada 11 (em cada porta AND) permitirá o encaminhamento de uma entrada à sua respectiva saída.

O MUX faz uso dos seletores para "intercalar" os dados de entrada de modo que, apenas uma destas entradas seja envia para a saída do circuito. O DEMUX usa os seletores para "distribuir" (nunca ao mesmo tempo) uma única entrada, para uma das quatro saídas de dados. Para facilitar o uso e a compreensão do objetivo do circuito, foram usados "conectores de nó" para: i) distribuir e "equalizar" os "códigos" de seleção e; ii)  enviar a saída do MUX para a entrada do DEMUX.

É sugerido que, ao usar a simulação deva-se escolher apenas um dos bits de entrada e pô-lo no nível alto. Feito isso, deve-se inserir as sequências de seleção (uma a uma), observando qual "código" de seleção "ativa" a entrada posta em nível alto. Também pode ser observado como o "entrelace" das entradas de seleção fazem com que uma porta (AND) de seleção seja, ou não, ativada.

Multiplicando por 2 via Deslocamento.

A simulação tem como objetivo apresentar um circuito multiplicador (por 2) que efetiva a sua tarefa através do deslocamento a esquerda dos bits de entrada. Para exemplificar o processo, vamos usar o valor 0110 em binário (6 em decimal). Imagine cada um destes bits inseridos caixas adjacentes e execute um deslocamento a esquerda (transferência, da esquerda para a direita, passando cada bit para a caixa a esquerda). O zero mais a esquerda iria desaparecer (por falta de caixa) e a caixa mais a direita, para não ficar vazia, seria preenchida com 0 (zero). O valor resultante seria 1100 em binário, ou seja, 12 (6x2) em decimal.

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Na simulação são dois os circuitos que implementam o deslocamento binário para efetivar a multiplicação. Tanto o circuito hexadecimal, quanto o decimal, distribuem os bits de entrada, de modo que o display a esquerda receba o conjunto de entrada (em 3 bits) e os enviem, para o display a direita, executando um deslocamento de 1 bit (a esquerda). O display central usa das primitivas de tensão (alta e baixa) para exibir o dígito 2. Também são adicionadas ao circuito algumas instruções quanto ao funcionamento e análise do processo.

Linha de Envasamento

Imaginem uma linha de envasamento como a da figura a seguir. Vejam que as garrafas devem se mover pela esteira até que atinjam a posição correta. Quando isso acontece, a esteira para de funcionar e o injetor de líquido inicia o seu trabalho, enchendo as garrafas. Quando as garrafas estiverem cheias, o injetor para e a esteira volta a trabalhar.

Para que o modelo proposto no texto anterior possa funcionar automaticamente, deverá existir um sistema eletrônico, minimamente composto de:

• Dois acionadores: motor de esteira (me) e motor do injetor (mi);
• Dois sensores - sensor de posição (sp) e sensor de nível (si).

Como um circuito digital normalmente pode ser representado por uma tabela verdade, a seguinte foi desenvolvida para este problema. Observem na tabela, que a entrada é composta pelas possibilidades relacionadas aos dois sensores, tendo 0 para desativado e 1 para ativado. As saídas são compostas pelas possíveis ações relacionadas aos motores, sendo 0 para desligado e 1 para ligado.

A lista a seguir descreve as "possibilidades" avaliadas para cada uma das entradas da tabela verdade, a saber:

• 00 - Quando o sensor de posição estiver desativado e o sensor de nível também; o motor de esteira deve estar ligado (movimentando as garrafas) e o motor do injetor deve estar desligado;
• 01 - Uma situação impossível (x) está presente nesta "possibilidade" pois, caso o sensor de posição esteja desativado, será impossível verificar o nível de "enchimento" das garrafas, já que elas não estão em posição;
• 10 - Enquanto o sensor de posição estiver ativado (garrafas em posição) e o sensor de nível não estiver indicando o preenchimento, o motor da esteira deve estar desligado e o motor do injetor deve estar ligado;
• 11 - Esta situação ocorre assim que as garrafas atingirem o seu nível máximo permitido. Neste caso, o motor da esteira deve ser ligado e, ao mesmo tempo, o motor do injetor deve ser desligado.

Para desenvolver o circuito com função descrita na tabela verdade, devemos definir um ramo de circuito para cada saída. Para facilitar a tarefa, existem muitos geradores automáticos de circuito, como o observado no quadro a seguir. Para cada ramo do circuito selecione as opções da coluna Y e clique no botão Submit. Após isso, basta observas as informações relacionadas ao processo de desenvolvimento automático e o circuito lógico gerado.

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Feito o desenvolvimento do ramos do circuito, basta criar um diagrama (simulação a seguir) que una estes ramos através das entradas de dados do circuito.

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Retificador de Tensão

O circuito aqui apresentado tem como principal objetivo a observação do funcionamento de um retificador de tensão elementar, através da observação dos efeitos do diodo e do capacitor.

Como é um circuito rudimentar, a retificação de tensão usa de apenas um diodo e de um capacitor para a execução da função. Ao circuito são adicionadas as instruções básicas necessárias à compreensão do objetivo deste.

Observando Circuito RC

O projeto implementado na simulação permite testar o funcionamento do circuito de tempo normalmente conhecido como Circuito RC, afinal, tem como base um Resistor e um Capacitor.

Um Circuito RC é normalmente obtido pela "alimentação" de uma carga composta por um Resistor e um Capacitor, dispostos em série. Nesta implementação, uma lâmpada foi adicionada à série básica, de modo que, a lâmpada estará acesa enquanto o capacitor estiver em carga. Um módulo extra foi adicionado ao circuito já descrito. Este módulo, quando desligado o gerador, permite que, ao ser pressionado o botão, a carga armazenada no capacitor, seja "drenada" por este módulo, acendendo a segunda lâmpada.

A Simulação permite que seja observado o tempo de carga e descarga do capacitor. Ao iniciar a simulação a chave da fonte (a esquerda) já está ligada, permitindo que o capacitor seja carregado. Quando o amperímetro da fonte "zerar", desligue a chave da fonte e passe a pressionar o botão de descarga (na placa do circuito). Enquanto o capacitor estiver descarregando a lâmpada a direita estará acesa. Observe que, na descarga, a corrente do amperímetro também cai a zero.

Controlador de Bomba D'água.

esta simulação tem como objetivo demonstrar, através de uma aplicação prática, a importância do uso de relés. A simulação ainda demonstra o uso destes componentes em uma aplicação com "memória", de modo similar aos esquemas usados nos computadores usados no início do século XX.

A simulação permite não tão somente a visualização do circuito, como também o seu uso (simulação). O usuário poderá acionar as chaves (geral e da bomba), ligando os componentes da simulação, assim como poderá simular o enchimento e/ou o esvaziamento da caixa d'água, através do acionamento das chaves que determinam os níveis baixo e alto da caixa.

Ponte H com Transistores

Em continuidade ao assunto iniciado no post Ponte H com Relés, estou apresentando aqui mais uma versão de baixo custo para implementação desta solução. Tomando como base o circuito encontrado no tutorial de Montagem da Ponte H, que usa transistores e diodos de uso geral na implementação, este projeto adiciona um circuito integrado CMOS 4001, também de baixo custo, para facilitar o controle e implementar uma interface segura com o Arduino.

A figura a seguir mostra o diagrama lógico do circuito da ponte H, que sem a inclusão do CI 4001 teria que usar portas digitais específicas para inserir os sinais de giro do motor e outra para controlar o fornecimento de energia para este. Nesta implementação, ao invés de três sinais do Arduino, são necessários apenas dois, um para o controle geral e outro para a direção.

Esta implementação é especialmente desenvolvida para motores de baixa potência, como os encontrados em pequenos brinquedos e antigos reprodutores de fita K7. Os transistores usados são os BC548 e BC558. Os diodos são os 1N4004 e os resistores são todos de 510R. Em um próximo post irei apresentar as etapas de desenvolvimento do modelo usado nos testes.

O Programa de Bit Overflow

Cada uma das atividades extra classe (trabalhos em grupo, práticas de laboratórios e listas de exercícios), que tiverem sido postadas no blog normalmente contam com um fórum específico, onde os alunos podem fazer seus questionamentos (dúvidas) e estes devem ser respondidos. A regra básica para o uso do fórum continua sendo a mesma, ou seja, o aluno pergunta e o professor e/ou monitor da disciplina só deverá responder após 24 horas, dando assim a oportunidade para que os outros alunos da turma enviem suas contribuições.

O que mudou?
R: Foi incluído um programa de recompensa, doravante chamado de "Bit Overflow".

O que é o Bit Overflow?
R: É um programa de recompensa que permitirá aos alunos da turma a obtenção de até um ponto extra na contabilidade da disciplina (ou avaliação individual), onde o aluno que, após um determinado período, somar mais "bits", deverá ter o ponto extra. Os outros alunos que contribuírem irão ganhar um percentual do valor obtido pelo alunos que somar mais "bits".

Como obter os "bits"?
R: Podem ser obtidos de três formas:

1. Através das dúvidas. Cada pergunta inserida no fórum, e validada pelo professor da disciplina, ganhará um "bit";
2. Através das respostas corretas. Cada resposta correta, e devidamente referenciada, acarretará em dois "bits";
3. Através das melhores respostas. O professor e/ou monitor, ao final do prazo de conclusão da atividade, deverá indicar as melhores respostas, as quais serão atribuídas três "bits".

Dica: Não esqueçam de cadastrar seus e-mail no Blog ("Siga-me por e-mail" na coluna a direita). Com isso, deverão ser automaticamente notificados sempre que uma informação nova foi inserida.

Ponte H com Relés

Vários projetos de robótica necessitam movimentar algo usando motores que podem girar em duas direções. Um motor elétrico de corrente contínua pode facilmente girar em duas direções e para isso usa a alternância da polaridade da sua fonte de alimentação, que pode ser facilmente controlada a partir de uma Ponte H. Uma Ponte H permite que apenas um sinal de controle execute a alternância de direção.

Atualmente, soluções robóticas usando o Arduino, contam com shileds específicos para executar estas tarefas, mas estes tem um custo relativamente alto (de aproximadamente R$80,00 a R$200,00, de acordo com a potência dos motores). Para demonstrações didáticas pode-se usar um conjunto de relés de baixo custo para, em conjunto com o Arduino, executar esta tarefa. O diagrama a seguir mostra como os elementos devem ser conectados.

O diagrama mostra como usar dois motores para equipar, por exemplo, uma base robótica. Três portas digitais do Arduino são usadas, uma para o controle geral (liga/desliga) dos motores, e outras duas para o controle da direção de cada motor. Em uma próxima postagem será mostrado como interligar fisicamente estes componentes e como programar o Arduino para usá-los.

Para Saber Mais

• Ponte H;
• Relé: Wikipédia, UOL Educação;
• Arduino.

Falstad Circuit Simulator

A minha avaliação é que o Circuit Simulator é o mais completo e intuitivo simulador de circuitos eletrônicos. Conta com os mais variados tipos de componentes e infra estruturas elétricas, podendo simular desde simples circuitos analógicos, passando por uma das mais completas listas de componentes digitais, e chegando até as linhas de transmissão.

Os pontos fortes das simulações são: as cores que determinam os níveis elétricos; a possibilidade de alterar os atributos elétricos individuais e; a fácil avaliação do nível e direção da corrente no circuito.

Por ser desenvolvido como um applet java, pode ser portado para as mais diversas plataformas, assim como os circuitos desenvolvidos podem ser até inseridos em páginas Web. E por falar em circuitos, o pacote conta com uma diversidade considerável de exemplos, o que permite aos estudantes e professores uma grande variedade de modelos.

Ao mau ver, o único ponto negativo é a interface para criação de novos circuitos, que não é muito intuitiva, principalmente se comparado a pacotes como o Logicly, que é de extrema facilidade de uso.

Mais Informações:

• Site Oficial e Download
• Exemplo de Uso - Vídeo

Simulador Digital 094

Este simulador permite desenvolver e visualizar o uso de circuitos digitais, principalmente através da implementação de circuitos integrados da família TTL. O módulo digital é composto por uma placa de circuito (protoboard), 18 LEDs, 3 displays de 7 segmentos, 2 clocks, entradas digitais (12 chaves e 4 botões), terminais de alimentação (VCC e GND) e um interruptor principal para o sistema.

O software possibilita ao usuário a criação de circuitos podes ser simulados diretamente no módulo digital, onde estes podem ser avaliados e validados no cenários virtual.

Para Saber Mais:

• Mais informações e download.
• Exemplo de uso - Vídeo.

Logicly

Este software é usado para construir e simular circuitos lógicos, com apenas alguns cliques do mouse. O processo é bem simples, bastando que o usuário arraste os componentes no editor e em seguida desenhe as conexões entre eles. Operações como zoom, pan e girar, também são de fácil execução. Ao terminar o projeto do circuito, o usuário pode salvá-lo.

Excelente para o ensino de lógica e circuitos digitais, assim como proporciona um ótimo ponto de partida para as atividades de laboratório.

Recursos Disponíveis:

• Portas Lógicas - AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR e, NOT.
• Flip-flops - SR, D, JK e, T.
• Entrada e Saída - Interruptores, relógios e botões, alteram o estado do circuito, enquanto as lâmpadas e os displays BCD de 4 bits fornecer uma saída legível.
• Alem das postas e dispositivos disponíveis, o simulador permite que o usuário drie seus próprios dispositivos e circuitos integrados.

Para Saber Mais:

• Site Oficial.
• Exemplo de uso - Vídeo.
• Download.

O Arduino

Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre que pode ser usado para o desenvolvimento de objetos interativos independentes, ou ainda para ser conectado a um computador hospedeiro.

A plataforma de hardware do Arduino permite que um computador possa acionar, e/ou obter informações, de dispositivos externos que vão desde pequenos LEDs, até motores industriais e outros de maior porte, sendo que para estes últimos, é necessária a adição de circuitos de potência. O Arduino normalmente pode atuar de forma independente, comportando-se como um controlador usado em sistemas embarcados.

Mais informações podem ser obtidas em sua Wiki.

O Arduino e Algoritmos

Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre que pode ser usado para o desenvolvimento de objetos interativos independentes, ou ainda para ser conectado a um computador hospedeiro.

A plataforma de hardware do Arduino permite que um computador possa acionar, e/ou obter informações, de dispositivos externos que vão desde pequenos LEDs, até motores industriais e outros de maior porte, sendo que para estes últimos, é necessária a adição de circuitos de potência. O Arduino normalmente pode atuar de forma independente, comportando-se como um controlador usado em sistemas embarcados.

No ensino de computação, o Arduino já é por si só uma poderosa ferramenta. Adicionada ao Scratch, permite ao aluno iniciante uma forma extremamente agradável de aprender a programar dispositivos de hardware, além de que amplia em muito os conhecimentos do iniciante sobre funcionamento dos computadores.

Mais informações podem ser obtidas em:

• Wiki Page.
• Download do Software.
• Exemplo de Uso.
• Vídeo Tutorial de Instalação e Configuração.

Aprenda Algoritmos com Scratch

O Scratch é um ferramenta que pode ser usado para conduzir o aluno iniciante à compreensão dos elementos fundamentais da programação de computadores. Este software utiliza de elementos gráficos para representar as principais estruturas de programação, assim e outros eventos necessários para execução de operações em um ambiente totalmente interativo e de fácil compreensão e utilização.

O software pode ser obtido em seu site oficial, na sua página de download, onde também pode ser encontrado um pequeno tutorial para instalação. O módulo de ajuda conta também com um completo guia de referência e outras informações úteis.

Mais Informações:

• Primeiros Passos.
• Manual Básico.
• Fichas de Ações.

Algoritmos com o VisuAlg

O VisuAlg é uma ferramenta muito útil para quem está iniciando seus aprendizados em Lógica Computacional ou construção de Algoritmos Computacionais. Criada pela Apoio Informática, permite que o aluno iniciante possa digitar os comandos em Português e ver seu algoritmo funcionando, além de possuir recursos como simulação da "tela" do computador, visualização de variáveis, "breakpoints", ajuda on-line, impressão dos fontes e outras características que auxiliam o aprendizado das técnicas de programação.

A versão 2.0 pode ser encontrada no site do Baixaki. A versão mais atualizada é a 2.5 e pode ser encontrada no site Guanabara Info.

Alguns manuais sobre o VisuAlg podem ser encontrados nos links a seguir:

• Manual do VisuAlg
• Software VisuAlg 2.0

Objetos de Aprendizagem: Uma Proposta de Recurso Pedagógico

O livro é uma coletânea de artigos que caracteriza o processo de produção de objetos de aprendizagem. Ele apresenta relatos de práticas dirigidos aos interesses de educadores e estudiosos do processo ensino/aprendizagem.

Os artigos componentes ressaltam a importância do planejamento pedagógico e as questões cognitivas; a necessidade de padronização; a acessibilidade e interoperabilidade; a efetividade e uso dos objetos de aprendizagem; e as políticas de incentivo para formação de uma comunidade de aprendizagem na produção de objetos de aprendizagem.

Brasil. Ministério da Educação. Secretaria de Educação a Distância. Objetos de aprendizagem: uma proposta de recurso pedagógico. Organização: Carmem Lúcia Prata, Anna Christina Aun de Azevedo Nascimento. Brasília: MEC, SEED, 2007. 154 p. ISBN: 978-85-296-0093-2.

Onde Obter

• Download do Livro

Para Saber Mais

• Artigo Original

Criando um Blog

Este vídeo tutorial que apresenta os passos necessários para criar, configurar e manter um Blog no serviço Blogger. Este vídeo inclui ações que vão desde a criação da conta do usuário, até o processo de inserção de imagens e vídeos em postagens.

Além da utilização básica, que é conduzir o usuário (aluno) no processo de criação de Blogs, este vídeo tutorial pode ser usado por professores, como material de apoio, em suas aulas práticas sobre o assunto.

Os pré-requisitos para utilização deste objeto de aprendizagem são mínimos, onde um aluno do ensino fundamental, com algum conhecimento sobre computadores e Internet, pode facilmente ter acesso a este recurso.

Observa-se que este vídeo é de autoria de João Braga foi obtido livremente na plataforma de vídeos do YouTube. Você pode visualizá-lo diretamente nesta postagem ou no repositório original (através de um duplo clic ou aqui).

Onde Criar Blogs

• Blogger
• UOL Blogosfera
• Wordpress
  

Para Saber Mais

• Blog
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• Hipertexto

IrYdium Chemistry Lab

O IrYdium Chemistry Lab é um software educacional desenvolvido para estudantes, profissionais e amantes de Química. O Programa se comporta como um simulador onde o usuário pode realizar experiências em um laboratório virtual de química. O sistema permite misturas virtuais de substâncias onde o usuário visualiza o processo completo, observando as reações resultantes das misturas, como se estivesse em um laboratório real.

Área de Trabalho do IrYdium Chemistry Lab

Atualmente muitas escolas, inclusive as públicas, já contam com laboratórios de informática, onde este simulador pode ser instalado e usado por alunos e professores, para complementar de forma prática as atividades desenvolvidas nas disciplinas de ciências e química.

Onde Encontrar

• The ChemCollective - Site do Desenvolvedor
• Educational Freeware
• Baixaki

Para Saber Mais

• Guia do Usuário
• Demonstração Passo a Passo
• Um guia para os Instrutores