TCC AGV Automação Industrial

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FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI JARAGUÁ DO SUL 
 
 
CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA AUTÔNOMO PARA ALIMENTAÇÃO DE PLANTA DE MANUFATURA: 
PROJETO E FABRICAÇÃO DE VEÍCULO AUTO GUIADO 
 
 
 
 
 
ANDERSON WESSLER COLOMBO 
ARLEY SILVA CARDOSO 
DANIEL MENEGHELLI GONÇALVES 
FRANKLIN JOSIAS PORATH 
LEONARDO ZIMMERMANN 
 
 
Jaraguá do Sul 
2016 
ANDERSON WESSLER COLOMBO 
 
 
ARLEY SILVA CARDOSO 
DANIEL MENEGHELLI GONÇALVES 
FRANKLIN JOSIAS PORATH 
LEONARDO ZIMMERMANN 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA AUTÔNOMO PARA ALIMENTAÇÃO DE PLANTA DE MANUFATURA 
PROJETO E FABRICAÇÃO DE VEÍCULO AUTO GUIADO 
 
 
 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a 
Faculdade de Tecnologia SENAI JARAGUÁ DO 
SUL como requisito parcial para obtenção do 
título de Tecnólogo em Automação insdustrial. 
Professor Orientador: Genilson Tiburski 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Jaraguá do Sul 
2016 
ANDERSON WESSLER COLOMBO 
ARLEY SILVA CARDOSO 
DANIEL MENEGHELLI GONÇALVES 
FRANKLIN JOSIAS PORATH 
LEONARDO ZIMMERMANN 
 
 
 
SISTEMA AUTÔNOMO PARA ALIMENTAÇÃO DE PLANTA DE MANUFATURA 
PROJETO E FABRICAÇÃO DE VEÍCULO AUTO GUIADO 
 
 
JARAGUÁ DO SUL 
 
 
 
21 de novembro de 2018 
Jaraguá do Sul/SC 
 
 
 
Professor Orientador 
Membro 
 
 
 
Coordenador do Curso 
Membro 
 
 
 
 
 
Professor 
Membro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho... 
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AGRADECIMENTOS 
 
 
Agradeço....xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
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xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 
 
Agradeço....xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
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xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 
 
Agradeço....xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
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Agradeço....xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. 
 
 
 
 
 
SOBRENOME, Nome do autor. Título: subtítulo. Local, ano. Trabalho de Conclusão 
de Curso - Curso Superior de Tecnologia nome do curso. Faculdade de Tecnologia 
do SENAI/Jaraguá do Sul, Cidade, ano. 
 
RESUMO 
 
Este projeto de automação industrial tem como objetivo alimentação automática por 
meio de um AGV em uma planta de manufatura industrial. A projeto eliminará os riscos 
ao operador causados pela movimentação de maquinários pesados dentro de uma 
célula manufaturada, além de aumento da produtividade e o rendimento da mesma. 
Para executar é proposta fez-se necessário criar um AGV que pudesse se locomover 
de maneira autônoma dentro de um circuito proposto, desviando de obstáculos e 
pessoas presentes no local. Ao final do projeto serão executados teste práticos para 
verificar a funcionalidade do projeto. 
Palavras-chave: AGV. Manufatura industrial. Automação industrial. 
 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE QUADROS E TABELAS 
 
 
Quadro 01 - xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 0 
Quadro 02 - xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 0 
 
Tabela 01 - xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 0 
Tabela 02 - xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 0 
 
 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
 
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas 
TCC – Trabalho de Conclusão de Curso 
SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 10 
1.1 JUSTIFICATIVA ............................................................................................... 10 
1.2 OBJETIVOS ..................................................................................................... 10 
1.2.1 Objetivo Geral .......................................................................................... 10 
1.2.2 Objetivos Específicos .............................................................................. 11 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 12 
 
 
2.1 ROBÓTICA ...................................................................................................... 12 
2.1.1 AGV ........................................................................................................... 12 
AGV Rebocador ................................................................................................ 18 
AGV Carregador ................................................................................................ 20 
AGV Empilhadeira ............................................................................................ 21 
2.2 MOTORES ....................................................................................................... 23 
2.2.1 Princípio de funcionamento do motor CC ............................................. 23 
2.2.2 Aspectos Construtivos ............................................................................ 26 
2.2.3 Partes do Motor CC ................................................................................. 26 
2.2.4 Servo motor .............................................................................................. 28 
2.2.4.1 Como Funciona um Servomotor ......................................................... 28 
2.2.4.2 Servomotor CC ...................................................................................... 29 
2.3 MICROCONTROLADORES............................................................................. 29 
2.3.1 Arquitetura de hardware ......................................................................... 32 
2.3.2 Memória .................................................................................................... 33 
2.3.3 Unidade central de processamento ....................................................... 37 
2.3.4 Entradas e saídas .................................................................................... 39 
2.3.5 Fabricantes ............................................................................................... 51 
2.4 ARDUINO ........................................................................................................ 51 
2.4.1 Tipos de placas Arduino ......................................................................... 52 
2.4.2 Programação ............................................................................................ 54 
2.5 SENSORES ..................................................................................................... 58 
2.5.1 Sensores de posição eletromecânicos .................................................. 59 
2.5.2 Sensores magnéticos .............................................................................. 61 
2.5.3 Sensores Indutivos .................................................................................. 62 
2.5.4 Sensores Capacitivos .............................................................................. 65
2.5.5 Sensores Ultrassônicos .......................................................................... 66 
 
 
2.5.6 Encoders .................................................................................................. 68 
2.6 PONTE H ......................................................................................................... 70 
2.6.1 Módulos Driver motor com Ponte H ....................................................... 73 
2.6.1.2 Entradas e saídas ................................................................................. 74 
2.7 Transistores de Potência ........................................................................... 76 
2.7.1 Transistor Bipolar de Potência ............................................................... 77 
2.7.1.1 Princípio de Funcionamento ................................................................ 77 
2.7.1.2 Curva Característica ............................................................................. 77 
2.7.2 Transistor de Efeito de Campo de Junção (JFET) ................................ 78 
2.7.2.1 Princípio de Funcionamento ................................................................ 79 
2.7.3 Transistor de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor (MOSFET)
 ............................................................................................................................ 80 
2.7.3.1 Curva Características de Tensão-Corrente do MOSFET ................... 81 
3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS............................................................... 82 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 84 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 85 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 86 
APÊNDICES ............................................................................................................. 87 
ANEXOS ................................................................................................................... 88 
 
10 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
A automação industrial possui diversos segmentos, sendo a robótica um dos 
destaques com grande crescimento. O uso da robótica no ambiente industrial se torna 
mais comum com o passar dos anos, devido à alta eficiência, confiabilidade, e 
adaptação a ambientes dinâmicos. 
 Com a chegada da indústria 4.0, a automação industrial tomou um novo rumo 
com as IoT (internet das coisas), IA inteligência artificial, Big Data (Armazenamento 
de dados) e CPS (sistemas Cyber-Físicos) envolvendo aplicativos, e soluções mais 
inteligentes para controle e produção de ambientes industriais. 
O aumento da produtividade trouxe algumas preocupações na indústria 
relacionadas ao transporte de cargas e sua logística. A automação industrial tem como 
objetivo atender ambas as necessidades. 
Segundo a problemática, uma das soluções viáveis é desenvolver um AGV 
(Veiculo Auto Guiado), que atenderia perfeitamente as preocupações relacionadas 
aos processos produtivos e de segurança. 
 A partir de processos de fabricação mecânica, desenvolvimento da lógica de 
funcionamento, montagem e adaptações eletrônicas, será fabricado o robô AGV. 
 Para auxiliar no entendimento do projeto, abordaremos temas relacionados a 
automação industrial, como: mecânica, robótica, eletrônica e programação. 
 
1.1 JUSTIFICATIVA 
 
Deve-se justificar a escolha do tema, a finalidade, relevância e foco do assunto. 
Apresentar elementos que comprovem a necessidade de estudar essa proposta e a 
contribuição que trará para a comunidade geral e acadêmica. 
 
1.2 OBJETIVOS 
 
1.2.1 Objetivo Geral 
 
Desenvolver um robô AGV para atender a necessidade de uma planta de 
manufatura industrial, visando evitar acidentes com transporte de material na 
indústria. 
11 
 
 
1.2.2 Objetivos Específicos 
 
1. Eliminar acidentes de trabalho envolvendo mão de obra humana; 
2. Aumentar a capacidade produtiva de uma planta manufaturada. 
3. Melhorar a logística interna da planta robotizada. 
 
 
12 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
Para desenvolvimento do robô AGV, fez-se necessário os conhecimentos 
adquiridos no curso superior em automação industrial. Abordando os tópicos: 
Sistemas robotizados, projetos de automação I e II, configuração de redes industriais 
I e II, sistemas de controle, análise de sistemas, eletrônica analógica e digital, e 
acionamentos elétricos. 
 O controle da movimentação se dará com o uso de motores acionados por 
drivers de potência, tendo como referência para posicionamento a leitura de sinais 
emitidos por sensores que serão processados pelo controlados. 
 
2.1 ROBÓTICA 
 
O conceito de robô teve início na história quando as primeiras civilizações faziam 
referência a mecanismos que ganhavam vida, seu nome vem do termo “robota”, de 
origem tcheca, que significa trabalhador forçado, e foi usado pela primeira vez em uma 
peça teatral do autor tcheco Karel Carpek no início dos anos 20. 
Começando na civilização grega, os primeiros modelos a se parecerem com robôs 
encontrados eram figuras com aparência humana ou animal, que usavam sistemas 
de pesos e bombas pneumáticas para seu funcionamento, mas que não tinham 
nenhuma funcionalidade ou necessidade prática. 
Com a invenção do computador em 1940 foi possível a criação de verdadeiros robôs, 
e em 1956 foi criado o primeiro robô industrial do mundo, o Unimates, desenvolvido 
no início da década de 60, pela fábrica de robôs Unimation. 
 
2.1.1 AGV 
 
Automated Guided Vehicle (AGV) são robôs móveis com dispositivos de 
transporte automático, ou seja, são plataformas mecânicas que possuem um sistema 
de locomoção capazes de navegar através de um determinado ambiente de trabalho, 
dotados de certo nível de autonomia para sua locomoção, portando cargas. Suas 
aplicações podem ser muito variadas e estão sempre relacionadas com tarefas que 
normalmente são arriscadas ou nocivas para a saúde humana, em áreas como a 
13 
 
agricultura, no transporte de cargas perigosas ou em tarefas de exploração solitárias 
ou cooperativas junto a outros veículos não tripulados. (NILSON, 2017) 
O conceito de autonomia não se relaciona apenas com questões energéticas, 
mas também se refere à capacidade de perceber, modelar, planejar e atuar para 
alcançar determinados objetivos, sem a intervenção (ou com uma intervenção muito 
pequena) do operador humano, já que o robô pode se locomover em ambientes 
estruturados ou não estruturados, total ou parcialmente conhecidos.( GONÇALVES, 
1016) 
A denominação do robô móvel faz referência a essa capacidade para alcançar 
um ou vários objetivos com uma intervenção muito pequena de supervisores 
humanos, por outro lado, a denominação de veículo auto-guiado faz referência às 
estruturas móveis que só se limitam a seguir caminhos preestabelecidos como linhas 
pintadas no chão, bandas magnéticas, bandas refletoras.(NILSON, 2017) 
 
Figura 1: Robô AGV
 
Fonte: cennoticias, 2018 
 
 
Um dos grandes ganhos do AGV além de produtividade e controle é a 
segurança, este sistema tem uma velocidade contínua programada e é equipado de 
14 
 
sensores ópticos e ultra sônicos em todos os lados, o que os faz evitar colisões com 
seus obstáculos, desde operadores até outros veículos da fábrica, problemas estes 
que são rotineiros quando temos operadores conduzindo veículos em uma fábrica. 
(SOUZA,2013) 
Um AGV pode ter quantas rotas for necessário, basta que cada uma tenha 
um circuito que emita sinais diferentes de frequência e programá-lo de forma lógica, 
os principais benefícios na utilização de veículos guiados automaticamente estão na 
redução dos custos com mão de obra, maior flexibilidade no manuseamento e 
transporte dos materiais, melhor organização da programação do processo, melhor 
utilização do espaço
disponível, maior segurança dos sistemas, aumento da 
produção e controle de inventários mais eficaz. (ROYER, 2013) 
Os robôs tipo AGV podem ter algumas opções de orientações para se 
guiarem dentro de um local de trabalho cada uma dessas orientações devem ser 
pensadas e utilizadas da melhor maneira possível, tanto para garantir funcionamento 
e produtividade do AGV, tanto para a parte de segurança dos produtos e pessoas 
que circulam pela fábrica. 
 
Orientação Óptica 
 
Segundo (MOVING FORWARD, 2018) Na orientação óptica sensores 
detectam uma faixa branca entre duas faixas pretas, podendo estas serem pintadas 
no piso ou até mesmo faixas adesivas fixadas no chão. Esta opção se caracteriza por 
ser a de mais baixo custo dentre as outras e é recomendada para áreas com pouca 
circulação de empilhadeiras ou áreas exclusivas para tráfego de AGVs. Neste modelo 
basta ter os sensores e faixas, não são necessários outros componentes adicionais. 
 
Figura 2: Orientação óptica para AGV 
15 
 
 
Fonte: DTA,, 2018 
 
 
Apesar do baixo custo e de poucos materias a serem utilizados, a orientação 
óptica apresenta grande confiabilidade em seu funcionamento, operando de modo 
segura e exato, requer pouca manutenção e tem seu funcionamento relativamente 
simples, o que se torna extremamente viável para a indústria atual. 
 
Orientação indutiva 
 
Segundo (MOVING FORWARD, 2018) Nesta orientação, os sensores 
detectam uma faixa metálica no piso, podendo esta ser uma simples fita de metal ou 
até mesmo chapas com o recorte do percurso planejado. Esta aplicação não depende 
de equipamentos adjacentes para funcionamento. 
 
 
 
 
 
16 
 
 
Figura 3: AGV por orientação indutiva 
 
Fonte: Abakan, 2018 
 
 
O direcionamento indutivo em trilhas com laços indutivos têm sido comprovado 
como altamente confiável. Os fios devem ser embutidos com cuidado, para que não 
se rompam e influenciam em como os metais sejam avistados sobre a trilha. A altura 
de montagem (Distância do sensor acima do nível do fio indutivo) deve ser a menor 
possível. 
 
 
 
Orientação Laser 
 
 
Segundo (MOVING FORWARD, 2018) para esta aplicação é utilizado um 
sensor laser fixo no AGV que se orienta através de pontos reflexivos, que são fixados 
17 
 
em pontos estratégicos como colunas e paredes. Por se tratar de um sistema com 
custo mais elevado que os outros, a utilização desta tecnologia é recomendada 
apenas para áreas de tráfego intenso onde não é possível fazer corte no piso. 
 
 
Figura 4: AGV com orientação a laser 
 
Fonte: agvs, 2018 
 
 
Com a industrial da automação crescendo cada vez mais, a precisão nos 
movimentos de fábrica deverão ser mais precisos, por isso este tipo de aplicação 
para os robôs AGVs tem grande utilidade para o funcionamento ideal de uma fábrica 
com grande movimento de produto e pessoas. 
 
 
Orientação magnética 
 
Segundo (MOVING FORWARD, 2018) a guia magnética é utilizada quando não 
é possível dispor corretamente a divisão por igual dos refletores. A zona de manobra 
dos veículos nem sempre está livre pois é preciso empilhar várias unidades de carga 
que podem tapar parcial ou totalmente os refletores, grandes áreas abertas e zonas 
18 
 
de passagem ou áreas que não são completamente protegidas contra as intempéries. 
Neste caso a máquina AGV usa pequenos ímãs permanentes, denominados spots 
para se movimentar. 
 
 
Figura 5: AGV orientação magnética 
 
Fonte:Sick, 2018 
 
 
Esta aplicação é pouca usada nas fábricas, por suas dificuldades de 
instalação no pátio e por sua aplicação ser muito específica para determinadas 
situações, limitando sua amplitude de instalação. 
 
 
 
 
 
AGV Rebocador 
 
19 
 
Similar ao transporte realizados pelos trens, os AGVs rebocadores são 
utilizados para o transporte de um ou mais "vagões", que em alguns casos podem ter 
estrutura de reforço sobre as rodas.As principais características destes AGVs são 
sistemas de locomoção com alta tração e restrição de raio das curvas do percurso 
para que seja possível o transporte de comboios. 
Muito popular na indústria automobilística os AGVs rebocadores têm como 
principal utilidade o transporte de Kits de peças das áreas de sequenciamento ou 
armazém até o ponto de uso nas linhas de produção. 
Desta forma a aplicação de AGVs rebocadores no abastecimento logístico das 
linhas de produção torna-se muito mais eficiente do que os sistemas convencionais 
que utilizam empilhadeiras para o transporte unitário das coletas até os pontos de uso. 
 
Figura 6: AGV rebocador 
 
Fonte: Sinova, 2018 
 
 
Principais vantagens de um AGV rebocador: 
 
• Precisão e Segurança de funcionamento; 
• Previsibilidade dos AGVs, os percursos são sempre os mesmos; 
• Eliminação de operações que não agregam valor ao produto; 
• Padronização do processo; 
20 
 
• Possibilidade de trabalho 24 horas por dia; 
• Implementação simples e rápida de novos processos; 
• Redução do nível de ruídos em comparação à movimentação com rebocadores; 
• Redução de custos de operação em relação aos processos convencionais de 
transporte industrial; 
• Contribuição para preservação do meio ambiente, zero emissões de poluentes; 
 
 
AGV Carregador 
 
 
Estes AGVs têm como principal característica a possibilidade de circular em 
lugares com pouco espaço para manobras, pois são capazes de realizar curvas com 
raios muito pequenos ou até mesmo girar no próprio eixo. 
Para o AGV carregador realizar seu trabalho de transporte de uma carga ele 
deverá estar sobre uma base rolante ou um suporte tipo mesa, pois o AGV irá entrar 
sob a base rolante, levantar o suficiente para que nenhuma parte da carga ou da base 
encoste na superficie do piso para depois iniciar a movimentação. 
São utilizados para transportes de cargas unitárias, que podem ser uma 
simples caixa até um rack complexo. 
 
 
 
Figura 7: AGV Carregador 
21 
 
 
Fonte: Libermak, 2018 
 
 
Com exemplos de aplicação que vão das indústrias até hospitais e lavanderias, o 
AGVs carregadores atendem as mais diversas necessidades de transporte, evitando 
que sejam necessários operadores de empilhadeiras por exemplo, diminuindo o gasto 
com mão de obra e evitando riscos de acidentes de trabalho. 
 
 
AGV Empilhadeira 
 
 
 Ideais para substituição de paleteiras e empilhadeiras, o AGV Empilhadeira é 
capaz de transportar pallets e acomodá-los em porta-pallets nos mais diversos níveis 
de altura. O equipamento é muito versátil e possui fácil aplicação na indústria em geral, 
podendo simplesmente substituir atividades de uma empilhadeira manual como 
também realizar atividades de maior risco. 
Operam apenas como empilhadeiras, mas sem operadores, sendo os veículos 
de garfo os mais populares por serem mais flexíveis. Alguns veículos especiais são 
projetados para elevar cargas muito pesadas de até 8 toneladas tanto como veículos 
projetados para elevar até dois tipos de carga ao mesmo tempo. 
 
Figura 8: AGV tipo Empilhadeira 
22 
 
 
Fonte: Sinova, 2018 
 
 
Não é difícil imaginar, no entanto, que trazer a empilhadeira autônoma para 
armazéns ou plantas industriais possa significar a substituição de capital humano por 
máquinas. Mas não é o que vem acontecendo, pelo menos não de forma geral. 
Algumas empresas passaram a gerenciar a transição de forma mais abrangente, 
proporcionando aos colaboradores o treinamento para outros tipos de trabalho, 
criando, assim, novas oportunidades. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
2.2 MOTORES 
 
Para sabermos o tipo do motor, temos que analisar o seu tipo de alimentação. 
Motores CC são alimentados por corrente contínua, que ao ser aplicado ao motor tem 
por finalidade energizar os rolamentos no motor, produzindo pólos eletromagnéticos. 
Há algum tempo pessoas da área de engenharia elétrica desenvolvem 
equipamentos tentando substituir os motores CC, porém em algumas situações ainda
compensa mais a utilização desse tipo de máquina. A principal aplicação está ligada 
ao controle de velocidade com necessidade exata de torque. 
 
2.2.1 Princípio de funcionamento do motor CC 
 
Para demonstrar o funcionamento do motor CC, dividiremos ele em três 
componentes, que são bobina, campo magnético fixo e comutador. 
Podemos apontar quatro estágios para entender o funcionamento do motor CC, 
podendo também utilizar a regra da mão direita, a regra da mão direita para motores 
serve para determinar o sentido de rotação. 
 
Figura 9: Regra da mão direita 
(Fonte: Máquinas elétricas - Geraldo Carvalho, 2011) 
 
Primeiro estágio: 
 
No primeiro estágio temos a bobina de uma espira posicionado em paralelo ao 
campo, sendo ela totalmente atingida pelo campo magnético. A bobina está sendo 
alimentada pelo comutador. Pelas leis do eletromagnetismo, essa espira percorrida 
por uma corrente elétrica produz outro campo magnético em torno da espira que causa 
uma reação da bobina dentro das linhas de força ao campo fixo. O dedo indicador 
aponta o sentido da corrente, o polegar a direção do movimento e os dedos restantes 
o sentido do fluxo 
24 
 
 
Figura 10: Primeiro Estágio 
 
(Fonte: Máquinas elétricas - Geraldo Carvalho, 2011) 
 
Segundo estágio: 
 
No segundo estágio a bobina girou e está em uma posição em que e pouco 
atingida pelas linhas de força, por esse motivo não tem uma reação do campo fixo e 
a bobina, porém continuando a girar por motivos do estágio anterior, esperando o 
próximo estágio. 
 
Figura 11: Segundo Estágio
 
(Fonte: Máquinas elétricas - Geraldo Carvalho, 2011) 
 
 
 
Terceiro Estágio: 
 
No terceiro estágio há uma inversão da bobina, mas neste caso entrou o 
comutador. Sua função é manter a corrente circulando sempre em um sentido. O 
25 
 
comutador inverteu as pontas da bobina, fazendo com que o polo positivo fosse 
aplicado na extremidade superior como no estágio 1. 
 
Figura 12: Terceiro Estágio 
 
(Fonte: Máquinas elétricas - Geraldo Carvalho, 2011) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quarto estágio: 
 
No quarto estágio temos uma posição intermediária. Esse estágio serve para 
analisarmos toda a ação que a bobina sofre com os campos. 
 
Figura 13: Quarto Estágio 
26 
 
 
(Fonte: Máquinas elétricas - Geraldo Carvalho, 2011) 
 
 
2.2.2 Aspectos Construtivos 
 
O motor de corrente contínua, é muito mais complexo que o de correntes 
alternada em termos de manutenção, exige um conhecimento e habilidade mais 
eficiente. Sua eficiência em controles de velocidade, onde a exatidão é um fato 
importante, em alguns casos não tem um substituto tão eficiente. Porém os sistemas 
de controle de velocidade e o próprio motor CC, devem ter uma manutenção 
específica, pois o desgaste de algumas peças pertencentes ao motor e a saturação 
de alguns componentes eletrônicos são evidentes. 
 
2.2.3 Partes do Motor CC 
 
· Estator: É o nome dado a parte fixa do motor, que pode conter um ou mais 
enrolamentos por polo, todos prontos para receber corrente contínua e produzir o 
campo magnético fixo. Cada enrolamento por polo no estator pode conter um 
enrolamento paralelo, construído com fio de menor secção. No interior do 
enrolamento, encontramos enrolamento campo serie, construído com fio de maior 
secção e poucas espiras 
 
Figura 14: Estator 
27 
 
 
(Fonte: Máquinas elétricas - Geraldo Carvalho, 2011) 
 
· Armadura: É um rotor bobinado cujas bobinas também recebem corrente 
contínua e produzem campo magnético 
 
Figura 15: Armadura 
 
(Fonte: Máquinas elétricas - Geraldo Carvalho, 2011 
 
· 
 
 
 
 
Comutador: Garante que sentido da corrente que circula nas bobinas seja 
sempre o mesmo, garantindo a repulsão continua entre os campos do estator e do 
rotor, o que mantém o motor girando. 
 
28 
 
Figura 16: Comutador 
 
(Fonte: Máquinas elétricas - Geraldo Carvalho, 2011) 
 
2.2.4 Servo motor 
 
Servo motores basicamente é um motor comum com controlador e encoder 
acoplado, tendo tanto em CA quanto em CC. 
Se aprofundando no que seria um servo motor, ele é um atuador rotativo ou 
linear, podendo garantir com precisão de controle e velocidade em aplicações de 
malha fechada, sendo projetado com um diâmetro menor e um rotor mais comprido, 
se diferenciando dos motores convencionais. 
 
2.2.4.1 Como Funciona um Servomotor 
 
Trabalhando com o servo-mecanismo usando um feedback para controlar a 
velocidade e a posição final. Um servo motor combina motor com um circuito de 
realimentação, um controlador e outros circuitos complementares. Ele usa um 
codificador ou um encoder que tem a função de fornecer o feedback de velocidade e 
posição. 
O sinal de realimentação é comparado com a posição de comando de entrada 
(posição desejada) e produz o sinal de erro (caso houver diferença). O sinal de erro 
disponível na saída não é suficiente para acionar o motor. Assim, o erro alimenta um 
servo amplificador que eleva a tensão e o nível de potência do sinal de erro e então 
gira o eixo. 
Figura 17: Imagem do Servomotor 
29 
 
 
(Fonte: Desconhecido) 
2.2.4.2 Servomotor CC 
 
Um servo CC é um formado por quatro componentes principais: motor de 
corrente contínua, um dispositivo de detecção de posição, um conjunto de 
engrenagens e um circuito de controle. 
 
No servomotor, uma tensão CC é ajustada conforme desejada na saída. Esta 
tensão pode ser aplicada utilizando um potenciômetro, Em alguns circuitos, é utilizado 
um impulso de controle para produzir essa tensão de referência correspondente à 
posição ou velocidade desejada do motor que é aplicada a um conversor de largura 
de pulso (PWM). 
 
No controle digital, microprocessador ou microcontrolador são utilizados para 
gerar os pulsos de PWM para produzir sinais de controle mais precisos. 
 
 
 
 
2.3 MICROCONTROLADORES 
 
Um microcontrolador é circuito integrado, formado por componentes discretos 
unidos dentro de um pastilha de plastico. Esta estrutura forma um componente com 
30 
 
possibilidade de programação e com diversas funções como demonstrado na figura 
abaixo. 
Figura 18: Composição do microcontrolador 
 
Fonte: O Autor, 2018 
 
O primeiro microcontrolador foi lançado pela empresa Intel em 1977 e recebeu 
a sigla “8048”. Com a sua posterior evolução, deu origem à família “8051”. Esse chip 
é programado em linguagem Assembly e possui um poderoso conjunto de instruções. 
Os microcontroladores (MCU) são pastilhas de plástico como terminais 
metálicos, onde estão localizados milhares de transistores que a partir de suas 
combinações formam blocos de instruções que se combinam e formam um 
microcomputador, sendo assim aplicado em aparelhos domésticos como: TVs, DVDs, 
máquinas de lavar, etc. 
 
Figura 17: Microcontrolador vs Microprocessador 
31 
 
 
Fonte: O autor, 2018 
 
Segundo (SOUZA, 2007) a principal diferença entre microcontrolador e um 
microprocessador está relacionado a memórias internas, podendo executar tarefas 
sem depender de componentes externos. Para que um microprocessador opere é 
necessário periféricos como (memórias, controladores, etc). A desvantagem é que 
por possuir todos os componentes necessários para executar a tarefa o mesmo 
trabalha em faixas de frequências com cerca de alguns MHz, enquanto seu 
concorrente em GHz. (SOUZA, 2007, p1) 
 
Microprocessor : 
● CPU, RAM, ROM, Timers ficam separados; 
● Expansivos; 
● Versatilidade; 
● Proposta Geral; 
 
Microcontrolador: 
● CPU, RAM, ROM, Timres ficam em um mesmo chip; 
● Para aplicações em que o custo, energia e espaço são críticos; 
 
32 
 
2.3.1 Arquitetura de hardware 
 
A estrutura dos blocos internos do microcontrolador define a maneira que o mesmo 
realizará troca de dados com o meio externo e o tráfego interno, podendo seguir dois 
padrões: Havard e Von Neumann. 
 
2.3.1.1 Arquitetura Von Neumann
A arquitetura Von Neumann executa apenas uma ação por vez devido a estrutura de 
interna de seus blocos. A arquitetura é composta por três grandes sistemas de 
hardware: sistema central de processamento, sistema de memória e sistema de 
entrada/saída. 
 
Figura 19: Arquitetura Von Neumann 
 
Fonte: Elaine Cecília Gatto, 2016 
 
 A arquitetura tem a capacidade de executar instruções sequencialmente e 
possui apenas um caminho de dados entre a UCP e a memória principal, o que é 
chamado de Gargalo de von Neumann. Atualmente, é claro, isso não existe mais e 
sofreu uma grande evolução (Embarcados.com.br, 2016) 
 
33 
 
2.3.1.2 Arquitetura Havard 
 
A Arquitetura de Harvard baseia-se em um conceito mais recente que a de Von-
Neumann, tendo em vista a maior velocidade de processamento dos 
microcontroladores. É uma arquitetura de computador que se distingue das outras por 
possuir duas memórias diferentes e independentes em termos de barramento e 
ligação ao processador. (Diego Macedo, 2012) 
 
Baseia-se na separação de barramentos de dados das memórias onde estão 
as instruções de programa e das memórias de dados, permitindo que um processador 
possa acessar as duas simultaneamente, obtendo um desempenho melhor do que a 
da Arquitetura de von Neumann, podendo buscar uma nova instrução enquanto 
executa outra. 
Figura 20: Arquitetura Havard 
 
Fonte: Diego Macedo, 2012 
 
A principal vantagem desta arquitetura é dada pela dupla ligação às memórias 
de dados e programa (código), permitindo assim que o processador leia uma instrução 
ao mesmo tempo que faz um acesso à memória de dados. 
 
2.3.2 Memória 
 
O microcontrolador assim como muitos outros componentes necessita de uma 
memória interna para saber como, quando, e onde operar no processo. Para cada tipo 
de ação existe um tipo de memória, por exemplo: ler o código gravado pelo 
programador ou mesmo ler uma entrada física e armazenar seu valor por tempo 
indeterminado. (Newton C. Braga, 1986). 
34 
 
 
2.3.2.1 Voláteis 
 
Uma memória volátil é caracterizada por perder o dado armazenada após a 
desenergização do componente, consequentemente ao religar, o mesmo terá sua 
memória zerada ou limpa. Um exemplo é um circuito flip-flop, que altera o estado de 
suas saídas de acordo com sua entrada, porém após perder alimentação o mesmo 
reinicia sempre no mesmo estado lógico, independente do dado escrito antes do 
desligamento. (Newton C. Braga, 1986). 
 
Figura 21: Flip-Flop RS 
 
Fonte: O Autor, 2018. 
 
Alguns dos tipos de memória que se encaixam neste grupo é a memória RAM 
(Random Acess Memory), memória de acesso aleatório, que armazena os dados 
enquanto o dispositivo estiver energizado. Ao executar o código as informações são 
lidas da mesma e utilizadas para a lógica do programa. 
 
 
 
2.3.2.1.1 EPROM 
 
EPROMs (Erasable Programmable Read Only Memory), memória de apenas 
leitura programável apagável, que pode ser escrita com nível de tensão aplicável em 
seus terminais de gravação e apagada por uma luz ultravioleta incidida sobre uma 
janela disponível na parte superior do chip. 
35 
 
 
Figura 22: CI EPROM 
 
Fonte: ebay, 2018. 
 
Porém, ao incidir a luz em sua janela toda a programação é perdida, não 
podendo apenas ser corrigida. (Newton C. Braga, 1986) 
 
2.3.2.1.2 EEPROM 
 
EEPROMs (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory), memória 
de somente leitura programável eletricamente, podem ser gravadas e apagadas por 
impulsos elétricos, com a vantagem de poder selecionar o dados a ser apagado e 
reescrito. 
 
Figura 23: CI EEPROM 
36 
 
 
Fonte: SparkFun, 2018. 
 
 Atualmente todos os microcontroladores possuem a tecnologia de memória 
EEPROM incorporada internamente, independente do fabricante. (Newton C. Braga, 
1986) 
 
2.3.2.2 Não-Voláteis 
 
As memórias não voláteis tem como principal característica a não alteração 
permanente do código gravado na mesma. A memória volátil mais conhecida é ROM, 
servindo de base para algumas derivações. (Newton C. Braga, 1986) 
 
2.3.2.2.1 ROM 
 
 ROM (Read Only Memory), memória de apenas leitura, normalmente utilizada 
para gravar informações de funcionalidade dos microcontroladores, como por 
exemplo: Interpretação da linguagem de programação e comandos, ou mesmo 
sequencia de leitura do código. (Newton C. Braga, 1986) 
 
2.3.2.2.2 PROM 
 
Outro exemplo de memórias não voláteis são PROMs (Programmable Read 
Only Memory), que são memórias de somente leitura que podem ser escritas pelo 
usuário, porém podendo apenas ser escrita uma vez. (Newton C. Braga, 1986) 
37 
 
 
Figura 24: Memória PROM 
 
Fonte: Newton C. Braga, 1986 
 
Para exemplificar verificar a imagem acima composta por uma matriz de 
fusíveis, onde cada um deles equivale a um bit, sendo 0 intacto e 1 rompido. A partir 
do momento em que ele se rompe é impossível religá-lo, devido a isso é necessário 
cuidado ao gravá-lo. 
 
2.3.3 Unidade central de processamento 
 
A CPU (Central processing unit) unidade central de processamento, processa as 
instruções contidas na programação, sendo divida entre: 
 
● Unidade de controle (UC); 
● Unidade lógica aritmética (ALU); 
● Decodificador de instruções; 
● Registradores; 
38 
 
● Aumuladores 
● Unidades de entrada e saída (E/S); 
 
Figura 25: CPU 
 
Fonte: O Autor, 2018 
 
A CPU envia e recebe dados do meio externo, os mesmos são acumulados e 
registrados de acordo com a chegado ou nível preferência pelas interrupções. Logo 
após são decodificadas e processadas de acordo com o objetivo do programa, ao 
finalizar a execução os dados são endereçados para os locais adequados descritos 
na programação do chip. 
 
Figura 26: Organização interna do microcontrolador 
 
Fonte: O autor, 2018 
 
39 
 
Adotando a arquitetura Havard para microcontrolador a CPU pode acessar os 
dados externos e as memórias para executar mais de uma tarefa ao mesmo tempo. 
Estes dados são processados pela CPU em cada uma de suas unidades. 
 
2.3.4 Entradas e saídas 
 
Entradas e saídas estão presentes em todos os microcontroladores, sendo eles 
o meio de interação com o ambiente. Também chamadas de I/Os (Input/Output), 
podem ser digitais, analógicas ou mesmo com a função de modulação na largura de 
pulso (PWM). 
 
2.3.4.1 Entradas digitais 
 
Segundo (vidadesilicio.com.br, 2017) Para ler ou escrever um dado em um pino 
de um MCU é necessário armazená-los em um registrador. Ao chamar as funções de 
entrada e saída fornecidas pela biblioteca padrão do Arduino o que fazemos é nada 
mais que modificar tais registradores. 
Os registradores do microcontrolador placa UNO, Atmega382p utilizado como 
exemplo, possui registradores de 8 bits. As I/Os são divididas em PORTs e o MCU 
328p possui 3 deles, como visto na figura abaixo. 
 
Figura 27: Separação de PORTs Atmega328p 
40 
 
 
Fonte: (vidadesilício.com.br, 2017) 
 
Cada PORT possui 3 registradores com diferentes funções: 
2.3.4.1.1 DDR 
 
Os registradores do tipo DDR (Data Direction Register) são responsáveis por 
definir se os pinos de um determinado PORT serão entrada ou saída. Cada bit do 
registrador DDR controla o estado do respectivo pino. Por exemplo: O bit 1 do 
registrador DDRB (DDB1) controlará o estado do pino PB1 e consequentemente o 
pino D9 do Arduino Uno como demonstrado abaixo. 
 
Figura 28: Registrador DDRB 
 
Fonte: (vidadesilício.com.br, 2017) 
 
41 
 
Segundo (vidadesilicio.com.br. 2017) para utilizar um pino como saída 
devemos setar o bit respectivo do registrador para 1 e quando utiliza-lo como entrada 
para 0, como demonstrado no exemplo abaixo: 
 
 /* Equivalente: 
pinMode(9,OUTPUT); 
pinMode(9,INPUT); 
*/ 
 
DDRB |= (1 << DDB1); 
DDRB &= ~(1 << DDB1); 
 
 
2.3.4.1.2 PORT 
 
Os registradores do tipo PORT são encarregão por determinar se um pino está 
definido como alto (HIGH) ou baixo (LOW). 
 
Figura 29: Registrador PORT 
 
Fonte:
(vidadesilício.com.br, 2017) 
 
Segundo (vidadesilicio.com.br. 2017) Para configurar um pino com nível alto 
devemos incrementar seu respectivo bit do registrador PORT como 1 e do contrário 
para 0. 
 
 
 
 
/* Equivalente: 
pinMode(9,OUTPUT); 
digitalWrite(9,LOW); 
*/ 
DDRB |= (1 << DDB1); 
PORTB &= ~(1 << PORTB1); 
 
Outro exemplo: 
42 
 
 
 /* Equivalente: 
digitalWrite(8,HIGH); 
digitalWrite(9,HIGH); 
digitalWrite(10,HIGH); 
digitalWrite(11,HIGH); 
digitalWrite(12,HIGH); 
digitalWrite(13,HIGH); 
*/ 
PORTB = 0xFF; 
 (vidadesilício.com.br, 2017) 
2.3.4.1.3 PIN 
 
Os registradores do tipo PIN são responsáveis por armazenar o valor ou estado 
lógico de um pino. 
 
Figura 30: Registrador PIN 
 
Fonte: (vidadesilício.com.br, 2017) 
 
 /* Equivalente: 
pinMode(9,INPUT); 
digitalWrite(9,HIGH); //Nesse contexto, ativa o pull-up interno. 
bool x = digitalRead(9); 
*/ 
DDRB &= ~(1 << DDB1); 
PORTB |= (1 << PORTB1); 
bool x = (PINB & (1 << PINB1)); 
(vidadesilício.com.br, 2017) 
 
2.3.4.2 Entradas Analógicas 
 
O mundo é formado é praticamente formado por grandezas analógicas, como: 
pressão, temperatura e posição. Estes sinais possuem amplitudes que variam entre 
43 
 
os valores dos sinais digitais 0 e 1 ou 0 e 5V por exemplo. (Arduinoportugal.com.pt, 
2017) 
 
2.3.4.2.1 Conversor AD 
 
O conversor Analógico/Digital (AD), utiliza um processamento de sinal digital 
para ler um sinal analógico. Um exemplo é uma rampa, que possui seus valores 
máximos e mínimos, valores digitais. Porém em algum momento fez-se necessária a 
leitura de um valor entre os extremos, podemos separá-la em degraus para facilitar a 
leitura, como visto na figura abaixo: 
 
Figura 31: Representação de rampa analógica 
 
Fonte: (Arduinoportugal.com.pt, 2017) 
 
Um sinal digital possui apenas dois valores, supondo que a altura da escada 
seja de dois metros, o nível lógico 0 indica 0 metros e nível lógico 1, 2 metros. Se 
dividirmos essa rampa em degraus saberemos a altura com base nos mesmo, 
obviamente, quanto mais degraus, mais precisa será a leitura. 
Normalmente os microcontroladores possuem incorporada uma entrada 
analógica de no mínimo 8 bits, ou seja, 256 posições possíveis de um sinal. 
(Arduinoportugal.com.pt, 2017) 
 
2.3.4.3 Saída PWM 
 
 Um sinal PWM é baseado na característica de modulação da largura de pulso, 
utilizado para controle de cargas onde o sinal digital não atende. Por exemplo: controle 
de luminosidade de um LED ou chaveamento para controle de velocidade de um 
motor. 
Figura 32: Sinal PWM 
44 
 
 
Fonte: (CitiSystems.com.br, 2018) 
 
O sinal PWM é definido pelo ajuste do tempo em que saída permanece em 
nível alto, 1, que pode variar de 0 a 100%. A modulação de varia a tensão média 
aplicada a uma carga diretamente proporcional a porcentagem de variação do sinal. 
 
Figura 33: Duty Cicle 
 
Fonte: (Citisystems.com.br, 2018) 
 
 Como a imagem apresentada acima o sinal PWM possui um pulso em nível alto 
de 50% de seu ciclo. A partir disto podemos dizer que a tensão média deste sinal é 
de metade de sua amplitude máxima. 
 
Para identificar essas relações os seguintes conceitos são importantes: 
 
45 
 
● Ciclo ou Período – o intervalo de tempo entre a subida de um pulso (dado em 
segundos); 
● Frequência – a taxa de bordas de subida de um pulso (dado em Hz ou ciclos 
por segundo). É simplesmente o inverso do período; 
● Taxa de Ciclo – tempo no período em que o pulso está ativo ou alto, dividido 
pelo tempo de ciclo (é dado em porcentagem do período completo) 
(CitySystems.com.br, 2018) 
 
 Conhecida também como saída analógica, a saída PWM pode “simular” uma 
saída analógica já que varia a tensão média do sinal. A taxa de variação desse sinal 
depende da resolução do microcontrolador assim como a entrada analógica. 
Normalmente as saídas PWM possuem no mínimo uma resolução de 8 bits, ou 
seja, o sinal pode ter valores divididos em 256 posições em função do sinal máximo 
da saída. 
Se utilizarmos um sinal de 5V, teremos: 
 
Vmédia: 5/255 = 19,6mV por bit. 
 
O valor é divido por 255 pois o 0 também é uma posição. (CitySystems.com.br, 
2018) 
 
2.3.4.4 Protocolos de comunicação 
 
 Existem diversos protocolos de comunicação aplicados na troca de dados entre 
dispositivos, alguns deles são: I²C, UART e SPI. Existem dois formatos de protocolos, 
sendo, serial e paralela. 
 A comunicação serial envia ou recebe pacotes de dados em sequência, 
permitindo menor número de conexões físicas. Já a comunicação paralela troca dados 
por condutor, ou seja, por ler mais de um infomação ao mesmo tempo, aumentando a 
velocidade de comunicação. (RoboCore.com.br, 2018) 
 
2.3.4.4.1 Características 
 
46 
 
As características de comunicação variam de acordo com o protocolo utilizado 
e definem a escolha para cada projeto. 
 
2.3.4.4.1.1 Taxa de comunicação 
 
 Representada em (bps) bits por segundo, expressa a velocidade de 
comunicação de qualquer protocolo. Por exemplo: uma comunicação assíncrona com 
9600 bps envia um bit em 0.0001s. Esta taxa assume diferentes nomes dependendo 
da comunicação, como em comunicações síncronas que é chamada de "clock" ou em 
comunicações assíncronas que é conhecida como "Baud Rate". (RoboCore.com.br, 
2018) 
 
2.3.4.4.1.2 Métodos 
 
 Os métodos de comunicação definem se a comunicação será síncrona ou 
assíncrona. 
Para a comunicação síncrona a troca de dados depende de um sinal de clock 
que está interligado com os dispositivos que irão enviar e receber o sinal, tornando a 
troca mais rápida, porém com um condutor a mais. 
 
Figura 34: Comunicação síncrona 
 
Fonte: (RoboCore.com.br, 2018) 
 
Já a comunicação assíncrona, não necessita de um sinal de clock, diminuindo 
o número de condutores. (RoboCore.com.br, 2018) 
 
47 
 
Figura 35: Comunicação assíncrona 
 
Fonte:(RoboCore.com.br, 2018) 
 
Como este método não utiliza um clock de sincronização entre os dispositivos 
a mesma está suscetível a erros. Para evitar erros de comunicação é necessário 
utilizar a mesma taxa de comunicação. (RoboCore.com.br, 2018) 
 
 2.3.4.4.1.3 Sentido de Transmissão 
 
Full-duplex: nesta configuração o dispositivo pode transmitir e receber dados 
ao mesmo tempo. 
Half-duplex: O dispositivo que comunica dessa forma pode enviar ou receber 
mas não executa essas funções simultaneamente. 
Simplex: Se trata de dispositivos que sua comunicação é unidirecional, ou seja, 
apenas efetua o envio ou recebimento. (RoboCore.com.br, 2018) 
 
2.3.4.4.1.4 Tensão do protocolo 
 
É a tensão que os protocolos identificam os níveis lógicos alto e baixo. 
(RoboCore.com.br, 2018) 
 
2.3.4.4.2 Terminologia 
 
 A terminologia é a conexão física dos componentes. 
 
48 
 
RX/TX: RX é o termo usado para representar o pino receptor de uma 
comunicação serial e TX representa o transmissor. O TX deve ser ligado no RX, ou 
seja, transmissor enviando para o receptor, e vice-versa. 
Nível lógico: São os estados que um bit pode assumir, nível alto ou nível baixo. 
Os níveis lógicos são interpretados pelos protocolos baseados nas tensões que 
recebe. Por exemplo o protocolo TTL considera de 2V a 5V nível lógico alto (bit 1) e 
de 0V a 0,8V nível lógico baixo (bit 0). (RoboCore.com.br, 2018) 
 
2.3.4.4.3 Protocolos 
 
Os protocolos de comunicação são os meios pelos quais os dados serão trocados, 
podendo alterar a complexidade, taxa de comunicação e sentido de transmissão. 
 
2.3.4.4.3.1 UART 
 
Um protocolo simples e full-duplex é a UART (Universal asynchronous 
receiver/transmitter) ou seja, recepção e transmissão assíncrona universal. este 
protocolo é utilizado principalmente configuração chamada de RS232 que possui um 
conector DB9, e pode conter mais conexões para verificar e sinal. 
Como a comunicação é assíncrona, não necessita de clock, devido a isso utiliza 
apenas 2 pinos para comunicação. 
 
Figura 36: Protocolo UART 
 
Fonte:
(Newtoncbraga.com.br, 2018) 
 
Normalmente esse protocolo é utilizado para converter uma comunicação 
paralela em serial. O próprio arduino utiliza essa configuração para comunicação com 
49 
 
o computador, recebendo o sketch por uma conexão USB e convertendo-o para 
UART. (RoboCore.com.br, 2018) 
 
2.3.4.4.3.2 I²C 
 
 Protocolo I²C (Inter Integrated Circuit) geralmente utilizado para comunicação 
entre dois dispositivos microcontrolados, por exemplo: uma troca de dados entre dois 
Arduinos. 
Ligação: este protocolo utiliza apenas dois pinos, SDA que é o sinal de dados 
e SCL o clock. Com isso é possível concluir que este protocolo é half-duplex, pois 
contém apenas um pino para envio de dados, e síncrono, pois usa um pino de clock. 
 
Figura 37: Protocolo I²C 
 
Fonte: (RoboCore.com.br, 2018) 
 
Possibilita mais de um mestre nas mesmas conexões, e para enviar a 
informação o mestre informa aos escravos uma condição de “start”. Nesta situação o 
pino SCL deve estar em nível alto e o pino SDA em nível baixo. Ao atingir estes 
estados os escravos estão prontos para receber e executar as funções recebidas pela 
comunicação. Após o termino da mensagem é necessário enviar uma condição de 
parada por um bit “stop”. (RoboCore.com.br, 2018) 
 
50 
 
2.3.4.4.3.3 SPI 
 
 O protocolo de comunicação SPI (Serial Peripheral Interface), possuindo boa 
taxa de comunicação, sem limites de escravos na rede e configuração full-duplex. 
 
Figura 38: Protocolo SPI 
 
Fonte:(RoboCore.com.br, 2018) 
 
Para comunicação este protocolo utiliza no mínimo 4 terminais para conexão. 
o pino SCK gera um clock de sincronização para transmissão e recepção dos dados. 
O pino MOSI envia os dados aos escravos e o pino MISO retorna os dados ao mestre. 
o pino SS define o endereço quais escravos receberam a mensagem. 
(RoboCore.com.br, 2018) 
 
2.3.4.4.3.4 Comparação entre protocolos 
 
 Por cada protocolo possui suas características específicas a escolha fica por 
conta de cada projeto. na figura abaixo observamos as principais características que 
afetam na escolha do protocolo de comunicação. 
 
Figura 39: Características de protocolos 
51 
 
 
Fonte: Embarcados.com.br, 2014 
 
Normalmente os microcontroladores já possuem todos este protocolos 
incorporados em seu hardware, caso não estejam disponíveis é possível implementá-
los por meio de componentes externos que convertem protocolos. 
(Embarcados.com.br, 2014) 
 
2.3.5 Fabricantes 
 
O primeiro microcontrolador foi criado pela empresa Intel, porém esta tecnologia por 
explorada por outras inúmeras empresas de tecnologia, as mais conhecidas são: 
 
● Intel; 
● Microchip; 
● Atmel 
● Zilog; 
● Motorola; 
● Texas Instruments; 
● Freescale; 
● Kinets; 
 
Cada fabricante possui suas próprias características em seus produtos, 
podendo variar de número de I/O, tamanho, comunicação, linguagem de programação 
e preço. (Newton C. Braga, 1986) 
 
2.4 ARDUINO 
 
52 
 
O arduino foi o primeiro hardware com código aberto criado para construir uma 
comunidade capaz de espalhar a ferramenta e utilizar a contribuição de milhares de 
pessoas que ajudaram a construir o código, criar exemplos e tutoriais para dar suporte 
aos iniciantes. 
Somos eternamente gratos por sermos apoiados 
por uma comunidade tão incrível. Desde a fundação do 
projeto Arduino, muitas novas placas de desenvolvimento e 
bibliotecas de software foram introduzidas, ampliando o 
leque de possibilidades disponíveis para a comunidade. 
Hoje, mais de uma década depois, o Arduino continua a 
fornecer hardware e software de código aberto para dar vida 
a novas ideias. 
A abertura e facilidade de uso do projeto levou à 
adoção em massa de projetos eletrônicos baseados em 
microcontroladores e foi um catalisador na criação do 
Movimento Maker. O Arduino se tornou a escolha número 
um para os fabricantes de eletrônicos, especialmente para 
o desenvolvimento de soluções para o mercado de IoT , que 
se prevê que se torne um mercado de US $ 6 trilhões até 
2021. (Arduino cc, 2014) 
 
O Arduino é uma placa de programação que tem como objetivo despertar a 
criatividade para projetos utilizando microcontroladores. A suas principais 
características são a versatilidade e facilidade de programação e montagem de 
pequenos e médios projetos. A placa se baseia em um microcontrolador e contém 
bornes de conexão rápida para suas I/O’s, além de fonte de alimentação e 
comunicação. (Arduino cc, 2018) 
 
2.4.1 Tipos de placas Arduino 
 
Possuindo diversos modelos que possuem características próprias podendo 
influenciar na escolha de acordo com o projeto. As diferenças entre os modelos são: 
Tamanho, número de I/O’s, memória, velocidade de processamento, e conjunto de 
módulos internos, por exemplo, leitura de sinal analógico. (FilipeFlop.com, 2014) 
 
2.4.1.1 Arduino Uno 
53 
 
 
A placa Arduino mais utilizada pelos hobistas e iniciantes é o modelo UNO. 
Possui um bom número de I/O, e ótima compatibilidade com os shields disponíveis no 
mercado. Utiliza o microcontrolador ATmega328P, com 4 portas digitais, sendo que 6 
delas podem ser usadas como saídas PWM, e 6 portas analógicas. Sua alimentação 
é incorporada na placa e pode ser feita por meio do próprio cabo de comunicação 
facilitando ainda mais sua utilização. (FilipeFlop.com, 2014) 
 
Figura 40: Arduino UNO 
 
Fonte: (FilipeFlop.com, 2014) 
 
Como o microcontrolador utilizado neste Hardware é fixado por soquete o 
mesmo pode ser substituído facilmente ou mesmo retirado para ser utilizado em um 
placa dedicada a uma determinada aplicação. Além de disso, a placa pode ser 
utilizada como um gravador para outros MCU da mesma linha do 328P. 
(FilipeFlop.com, 2014) 
 
Figura 41: Características das placas Arduino 
54 
 
 
Fonte: (FilipeFlop.com, 2014) 
 
A partir das informações do projeto, escolhe-se o Arduino que melhor atenderá 
a necessidade. 
 
2.4.2 Programação 
 
Um programa de computador, ou software, é uma sequência lógica de 
instruções enviadas para o computador. Cada tipo de microprocessador entende um 
conjunto de instruções diferente, ou seja, possui sua própria linguagem. Que 
nomeamos como linguagem de máquina. 
A linguagem de máquina é a única informação processadores conseguem 
entender, porém extremamente complexas para os seres humanos entenderem. 
Devido a isso utilizamos uma linguagem de programação. 
No caso de sistemas como o Arduino (os chamados sistemas embarcados), o 
software que roda no microprocessador é também chamado de firmware. 
(Circuitar.com, 2018) 
55 
 
 
2.4.2.1 Linguagem de programação 
 
Nós seres humanos precisamos converter as nossas idéias para 
uma forma que os computadores consigam processar, ou seja, a 
linguagem de máquina. Os computadores de hoje (ainda) não 
conseguem entender a linguagem natural que nós usamos no dia a dia, 
então precisamos de um outro "idioma" especial para instruir o 
computador a fazer as tarefas que desejamos. Esse "idioma" é uma 
linguagem de programação, e na verdade existem muitas delas. 
(Circuitar.com.br, 2018) 
 
As linguagens de programação por mais que facilitem a programação possuem 
vários níveis que dependem da linguagem escolhida. No inicio da programação a 
linguagem mais utilizada era o ASSEMBLY que manipulava diretamente os dados dos 
barramentos, armazenava-os em acumuladores e muito mais. Porém, esta linguagem 
caiu em desuso, devido a alta complexidade, sendo substituída principalmente pela 
linguagem C, utilizada na placa Arduino. 
Para converter um programa escrito em uma linguagem de alto nível para 
linguagem de máquina, nós utilizamos uma coisa chamada compilador. A ação de 
converter um programa para linguagem de máquina é chamada compilar. 
Para compilar um programa, normalmente se utiliza um ambiente de 
desenvolvimento (ou IDE, do inglês Integrated Development Environment), que 
consiste em um aplicativo
de computador que possui um compilador integrado, onde 
o programa é compilado. No caso do Arduino, esse ambiente de desenvolvimento é o 
Arduino IDE. (Circuitar.com.br, 2018) 
 
2.4.2.2 Algoritmo 
 
Um algoritmo é a forma de dizer a máquina quando, como e oque executar, 
porém escrito de uma forma que os humanos entendam. Escritos em linguagem de 
alto nível os algoritmos são os programas que são executados pelos 
microcontroladores, conhecido pela família arduino como Sketch. 
56 
 
 Um programa possui comandos que são descritos em um arquivo de texto em 
linguagens escritas como a do Arduino. Esses programas possuem comandos 
prontos, como por exemplo o Blink que altera o estado da saída de forma direta, como 
visto na figura abaixo. 
 
Figura 42: Comandos de programa 
 
Fonte: Circuitar.com.br, 2018 
 
 O sketch do Arduino é visualmente agradável e fácil de se utilizar já que possui 
uma interface que diferencia os comandos por cores, além da organização por 
tabulação das linhas do programa. (Circuitar.com.br, 2018) 
 
2.4.2.3 Variável 
 
 Uma variável é um recurso utilizado para armazenar um dado dentro de um 
programa. Como todos os processadores possuem uma memória, a variável pode 
fazer uso da mesma para armazenar uma informação, podendo ser um número, 
caractere ou até textos. 
Para podermos usar uma variável em um programa Arduino, precisaremos fazer uma 
declaração de variável, como por exemplo: 
 
int led; 
 
57 
 
Onde temos uma variável como nome “led” que possui um tamanho que será 
especificado nos tipos de dados. 
 
2.4.2.4 Tipos de dados 
 
O tipo de dado de uma variável significa, o tipo de informação que se pode 
armazenar naquela variável. Em muitas linguagens de programação, como C++, é 
obrigatório definir o tipo de dado no momento da declaração da variável. No caso dos 
módulos Arduino que usam processador ATmega, os tipos mais comuns de dados 
que utilizamos são: 
● bool: valor verdadeiro (true) ou falso (false) 
● char: um caractere 
● byte: um byte, ou sequência de 8 bits 
● int: número inteiro de 16 bits com sinal (-32768 a 32767) 
● unsigned int: número inteiro de 16 bits sem sinal (0 a 65535) 
● long: número inteiro de 16 bits com sinal (-2147483648 a 2147483647) 
● unsigned long: número inteiro de 16 bits sem sinal (0 a 4294967295) 
● float: número real de precisão simples (ponto flutuante) 
● double: número real de precisão dupla (ponto flutuante) 
● string: sequência de caracteres 
● void: tipo vazio (não tem tipo) 
(Circuitar.com.br, 2018) 
 
 
2.4.2.5 Atribuição 
 
 Para utilizarmos determinado pino do Arduino precisamos atribuí-lo a uma 
variável e indicar qual o pino e a qual variável estará conectado, como o exemplo 
abaixo: 
 
int led = 13; 
 
58 
 
O objetivo do código é informar ao MCU que o pino 13 da placa será utilizado para 
acionar o LED, neste caso, atribuiu-se uma constante. (Circuitar.com.br, 2018) 
 
2.4.2.6 Operador 
 
Cada linguagem de programação possui um conjunto de operadores diferente. 
Alguns dos operadores mais comuns na linguagem C são: 
● Operadores aritméticos: 
○ +: adição 
○ -: subtração 
○ *: multiplicação 
○ /: divisão 
● Operadores lógicos: 
○ &&: conjunção 
○ ||: disjunção 
○ ==: igualdade 
○ !=: desigualdade 
○ !: negação 
○ >: "maior que" 
○ <: "menor que" 
○ >=: "maior ou igual a" 
○ <=: "menor ou igual a" 
● Operadores de atribuição: 
○ =: atribui um valor a uma variável, como vimos acima. 
 
 
 
2.5 SENSORES 
 
Os sensores são os componentes mais utilizados no mundo da eletroeletrônica. 
Eles estão presentes no dia a dia nas mais variadas situações (carros, elevadores, 
portas automáticas, eletrodomésticos etc.). Esses dispositivos também constituem 
toda a base da automação, seja ela industrial, predial (doméstica) ou comercial 
59 
 
(AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL, 2015). 
 
Sensores trabalham com medidas de grandezas físicas, como: temperatura, 
pressão, presença, umidade, intensidade luminosa, entre outros. As grandezas 
medidas pelos sensores são combinadas a fim de obter informações sobre o meio 
físico, onde estão presentes. Em geral os sensores atuam transformando partes de 
uma grandeza física normalmente em um sinal elétrico, que por sua vez pode ser 
interpretado por certos equipamentos eletrônicos (BORGES & DORES, 2010). Em 
outras palavras, sensores são componentes eletrônicos que permitem que um 
equipamento eletrônico possa interagir com o mundo. 
 
Segundo (BORGES & DORES, 2010), os sensores quando operam de forma 
direta, transformando uma forma de energia em outra são chamados de transdutores. 
Os sensores onde as operações ocorrem de forma indireta alteram suas propriedades, 
como a resistência, capacitância ou indutância, sob a ação da grandeza de forma que 
essa alteração ocorre mais ou menos proporcional. 
Os mais diversos sensores são classificados como : 
 
● Sensores de posição eletromecânicos; 
● Sensores magnéticos; 
● Sensores Indutivos e/ou proximidade; 
● Sensores Capacitivos; 
● Sensores infravermelhos; 
● Sensores ultrassônicos; 
● Encoders; 
 
2.5.1 Sensores de posição eletromecânicos 
 
Suas partes internas podem ser vistas na seguinte figura : 
 
Figura 43 : Sensor Eletromecânico 
60 
 
 
Fonte: SaladaEletrica, 2018. 
 
 De acordo com o livro (AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL, 2015). Em média, a vida 
útil destes componentes duram até 10 milhões de manobras, dependendo é claro, das 
condições de uso (corrente e tensão de operação, e velocidade). 
 Geralmente esse sensor oferece, no mínimo, um contato normalmente aberto 
(NA) e um contato normalmente fechado (NF). 
 A característica como um ponto forte desse dispositivo é a robustez tanto 
elétrica como mecânica, entretanto não é indicado para operações que exijam tempos 
de resposta inferiores a 1ms (Milisegundos). 
 Seu funcionamento é bem simples. Uma alavanca aciona o cilindro que está 
conectado ao contato móvel. Ele fecha ou abre o circuito. 
 Três “molas” estão no processo: a mola de compressão mecânica da alavanca, 
a mola de compressão do cilindro acionador e a mola da pressão dos contatos. A fim 
de facilitar o acionamento, um pequeno rolo pressor faz parte da alavanca principal. 
 Várias ligas metálicas são utilizadas nos contatos, cada uma favorável a um 
tipo específico de aplicação, estabelecido pelo fabricante. Entre elas temos: 
 
● Ouro e níquel; 
● Ouro e prata; 
● Prata e cádmium; 
● Prata e paládio; 
● Prata e níquel. 
 
61 
 
2.5.2 Sensores magnéticos 
 
 Os sensores magnéticos são largamente utilizados nas mais diversas áreas, 
desde alarmes, até em chão de fábrica em segurança e acionamentos de eixos de 
máquinas (AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL, 2015). 
 Seu princípio de funcionamento é muito simples. Geralmente um único contato 
normalmente aberto (NA) pode ser ativado por um campo magnético produzido por 
um imã. A figura 44 mostra a estrutura interna de um componente desse tipo, em que 
o LED indicador de estado permite a visualização de on ou off de modo rápido 
(AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL, 2015). 
 
Figura 44 : Sensor Magnético 
 
Fonte: Leomar, 2018. 
 
Há uma grande variedade de aplicações dos sensores magnéticos. Entre elas 
podemos citar medida de velocidade de rotação em eixos, sistemas de contagem, 
sensores de portas, posição de peças etc. 
Alguns cilindros pneumáticos, por exemplo, são construídos com um ímã 
permanente em seu pistão interno, de forma a permitir a utilização do sensor 
magnético. 
A figura 45 ilustra o mecanismo de acionamento do sensor em um cilindro pneumático. 
 
 
 
 
Figura 45 : Sensor Magnético 
62 
 
 
Fonte: Baumer, 2018. 
 
2.5.3 Sensores Indutivos 
 
 Os sensores indutivos, também conhecidos como sensores de proximidade, 
são dispositivos eletrônicos capazes de detectar a aproximação de peças metálicas, 
em substituição às tradicionais chaves fim de curso (AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL,
2015). 
 A detecção ocorre sem que haja o contato físico entre o acionador e o sensor, 
aumentando a vida útil do componente por não possuir partes móveis sujeitas a 
desgastes mecânicos, Figura 46 
 
 
 
 
Figura 46 : Sensor Indutivo 
63 
 
 
Fonte: profcolassante, 2015. 
 
Seu princípio de funcionamento baseia-se na geração de um campo 
eletromagnético de alta frequência, que é desenvolvido por uma bobina ressonante 
instalada na face sensora (AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL, 2015). 
 
Figura 47 : Sensor Indutivo 
 
Fonte: profcolassante, 2015. 
 
 Basicamente o sensor indutivo é indicado para os casos que necessitem de 
alta velocidade de operação, alta vida útil; e para detectar apenas objetos (ou 
partes) metálicos. Existem dois tipos de sensores indutivos que são designados 
como sensor indutivo PNP e sensor indutivo NPN. 
 
64 
 
2.5.3.1 sensores indutivos PNP 
 
 Saída PNP (Positivo - Negativo - Positivo) = Neste tipo de saída temos a 
seguinte configuração: Alimenta-se o sensor com positivo (P) e negativo (N) e sua 
saída quando acionada fornece um sinal positivo (P). 
 
Figura 48 : Sensor Indutivo PNP 
 
Fonte: profcolassante, 2015. 
 
2.5.3.2 Sensores Indutivos NPN 
 
 Saída NPN (Negativo - Positivo - Negativo) = Neste tipo de saída temos a 
seguinte configuração: Muito semelhante ao sensor PNP, porém temos uma 
alimentação negativa (N) e positiva (P) para o sensor e sua saída quando acionada 
fornece um sinal negativo. 
 
 
 
Figura 49 : Sensor Indutivo NPN 
 
65 
 
Fonte: profcolassante, 2015. 
 
2.5.4 Sensores Capacitivos 
 
 O princípio de funcionamento do sensor capacitivo baseia-se na geração de um 
campo elétrico desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. 
 O lado sensível de um sensor capacitivo é formado por dois eletrodos metálicos 
dispostos concentricamente que equivalem a um capacitor. 
 As superfícies dos eletrodos são conectadas em uma ramificação de 
alimentação de um oscilador de alta frequência sintonizado de tal maneira que não 
oscilem quando a superfície estiver livre. 
 Quando um objeto se aproxima da face ativa do sensor, ele entra no campo 
elétrico sob a superfície do eletrodo e causa uma mudança na capacitância do 
conjunto, ocorrendo uma oscilação com uma amplitude tal que seja detectada por um 
circuito, e então é convertida em um comando de chaveamento (AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL, 2015). 
 
Figura 50 : Sensor Capacitivo 
 
Fonte: ebah, 2013. 
 
2.5.4.1 Sensores não faceados 
 
 São os modelos cilíndricos (invólucro plástico) utilizados para a detecção de 
materiais condutores (metal, água, líquidos etc.), esse tipo de sensor é recomendado 
para: 
● Detecção de um material condutor a grandes distâncias; 
66 
 
● Detecção de um material condutor através de uma parede isolante; 
● Detecção de um material não condutor colocado sobre ou diante de uma peça 
metálica aterrada. 
 
2.5.4.2 Sensores faceados 
 
 São modelos cilíndricos (invólucro metálico) ou retangulares (invólucro 
plástico), utilizados para a detecção de materiais isolantes (madeira, plástico, papelão, 
vidro, etc.), esse tipo é recomendado quando: 
● As distâncias de detecção são relativamente pequenas; 
● As condições de montagem necessitam que o sensor seja embutido; 
● Deve-se efetuar a detecção de um material não condutor através de parede 
que não seja condutora (exemplo: detecção de vidro através de uma 
embalagem de papelão). 
 
2.5.5 Sensores Ultrassônicos 
 
 O princípio de funcionamento do sensor ultrassônico baseia-se na emissão e 
reflexão de ondas sonoras entre o objeto e o receptor. O tempo de “viagem” do som, 
portanto, é medido e avaliado. 
 Ora funciona como emissor sonoro, ora como receptor (microfone). Assim, 
pulsos cíclicos ultrassônicos são emitidos e refletidos por um objeto. Ao incidir no 
receptor, a saída é acionada. O princípio de funcionamento dos pulsos, geralmente 
em uma frequência entre 30 KHz e 300 KHz. A repetição dos pulsos pode variar entre 
1 Hz e 125 Hz (AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL, 2015). 
 De acorodo com o (AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL, 2015). A grande vantagem 
desse sensor é a capacidade de detectar qualquer tipo de material, 
independentemente da forma, cor e constituição. Também é imune a poeira, umidade 
e atmosferas agressivas. 
 
Figura 51 : Sensor Ultrasônico 
67 
 
 
Fonte: eletronicaparatodos, 2018. 
 
 Um cuidado que deve ser tomado na utilização do sensor ultrassônico é o 
alinhamento angular. A Figura 51 mostra que o cone sonoro formado pela emissão e 
reflexão do sinal. Caso a reflexão ocorra fora deste cone, o objeto pode não ser 
detectado. É preciso observar o limite da inclinação dos objetos a serem detectados. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 52 : Angulação Sonora 
 
68 
 
Fonte: ebah, 2013. 
 
2.5.6 Encoders 
 
 Segundo (AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL, 2015). Muitas vezes o encoder não é, 
considerado um sensor, e sim um transdutor mecânico/elétrico, porém entendemos 
esse dispositivo de forma diferente. O encoder pode ser considerado um sensor de 
posicionamento, conforme o leitor perceberá, trata-se de um princípio de 
funcionamento que envolve deslocamento angular mecânico, reflexão óptica e 
conversão em sinais elétricos. 
 Alguns sistemas e máquinas exigem um controle de posicionamento de eixos 
ou velocidade de rotação dos motores com alta precisão. É o caso de robôs e 
máquinas-ferramentas. A eletrônica desses sistemas, portanto, opera em malha 
fechada, obtendo um feedback entre o deslocamento e os circuitos de controle. 
 Controlar o sistema significa colocar um sensor que indique o valor real da 
variável, por exemplo, a velocidade (acoplado um sensor ao eixo do motor), portanto 
realimentar esse valor num regulador de inversor que atuará no sentido de diminuir a 
diferença entre o valor lido no sensor e o valor desejado (programado). É assim que 
continuamente o sensor informa ao inversor o valor real da variável, para que ele 
possa corrigir de forma dinâmica (todo momento) o desvio do valor programado. 
 O encoder incremental é um dispositivo acionado mecanicamente pelo 
acoplamento com o eixo do motor e de funcionamento optoeletrônico, que fornece 
informações de deslocamento (posição relativa). Eles são fabricados com um disco 
de vidro ou metal que tem na sua periferia uma trilha com segmentos opacos e 
transparentes do disco passam entre o emissor de luz, atingindo o detector e gerando 
neste um sinal elétrico correspondente com as divisões gravadas no disco. O feixe de 
luz é focalizado no disco mediante sistemas ópticos (lentes, espelhos, prismas etc.). 
Os pares emissor/detector são posicionados de maneira tal a produzir dois sinais 
defasados de 90°. Figura 53 
 
Figura 53 : Defasagem dos dois sinais 
69 
 
 
Fonte: eletricamentefalando, 2014. 
 
 
 Segundo (AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL, 2015), existem dois tipos de encoders, 
sendo um incremental e outro absoluto. O encoder incremental gera pulsos seriais 
para uma eletrônica subsequente (CNC, por exemplo). Há um disco de posição interno 
de acordo com a Figura 53. Quando ele está com o eixo parado, não há nenhum sinal 
em sua saída, portanto para que a máquina saiba onde seu eixo está, é necessário 
que haja movimentação do encoder. Então aí, ele conta o número de pulsos gerados 
e, através desse número, seu algoritmo de software calcula em que posição o eixo se 
encontra. Uma máquina equipada com esse encoder, quando desligada, geralmente 
precisa ser referenciada antes de sua próxima operação. 
 Um exemplo está em máquinas-ferramenta, a operação chama-se home 
machine, na qual ela desloca seus eixos até sensores fim de curso, quando os 
encontra, “Zera” seu contador e, então, mede o deslocamento dos eixos pela 
contagem dos pulsos enviados pelo encoder. 
 O encoder absoluto, entretanto, gera um conjunto de 6 a 8 bits de uma única 
vez. Ao contrário do incremental, o absoluto (mesmo parado) tem uma “palavra” digital
em seus terminais de saída, Figura 54, Sendo assim, uma máquina com encoder 
absoluto não precisa movimentar seus eixos para saber onde eles estão. 
 
Figura 54 : Disco encoder absoluto 
70 
 
 
Fonte: sensorcodificadorabsoluto, 2014. 
 
Figura 55 : Disco encoder incremental 
 
Fonte: eletricamentefalando, 2014. 
 
 
 
 
2.6 PONTE H 
 
Uma Ponte H é um circuito especial que permite realizar a inversão da direção 
(polaridade) da corrente que flui através de uma carga. É muito utilizada, por exemplo, 
para controlar a direção de rotação de um motor DC. O circuito necessita de um 
caminho que carregue a corrente ao motor em uma direção, e outro caminho que leve 
a corrente no sentido oposto. Além disso, o circuito deve ser capaz de ligar e desligar 
a corrente que alimenta o motor. (Reis, 2017) 
 
A ponte H recebe esse nome devido ao formato que é montado o circuito, 
semelhante a letra H. Basicamente utiliza quatro chaves eletrônicas (transistores), que 
71 
 
podem ser controladas de forma independentes. Na figura 1 é possível verificar a 
disposição dessas chaves (S1 a S4), em relação ao motor DC controlado. 
 
 
 
 
 
 
Figura 56: Disposição das chaves na Ponte-H 
 
Fonte: (Reis, 2017) 
 
O funcionamento do motor depende dos estados das chaves, que podem ser 
combinadas de várias formas, como: 
● S1 e S4 fechadas, S2 e S3 abertas: A corrente passa pelo motor em um 
sentido, fazendo-o girar em uma direção. 
● S1 e S4 abertas, S2 e S3 fechadas: A corrente passa pelo motor no sentido 
inverso, fazendo-o girar na direção contrária. 
● S1 e S3 abertas: O motor não gira, pois não há fluxo de corrente por ele. 
No geral, as pontes H são construídas com MOSFETS ou com transistores 
bipolares, o que torna possível também o controle não apenas do sentido de giro, mas 
também da velocidade do mesmo, e é muito comum encontrá-las na forma de um 
circuito integrado. 
Na figura 2 podemos verificar um diagrama esquemático de uma ponte H com 
transistores bipolares: 
 
 
72 
 
 
 
 
Figura 57: Ponte-H com Transistores Bipolares 
 
Fonte: (REIS, 2017) 
 
Polarizando o transistor Q3 o motor irá girar em um sentido, e se for polarizado 
o transistor Q4, o motor irá girar no sentido inverso. 
Na figura 3 temos uma Ponte H no formato de um CI, para o controle de dois 
motores DC. 
 
Figura 58: CI Ponte-H L293D 
 
73 
 
Fonte: (PN JUNCTINON LAB, 2018) 
2.6.1 Módulos Driver motor com Ponte H 
 
Esses módulos são muito utilizados em aplicações de robótica. Possuem 
dimensões pequenas e já incluem o circuito básico para uso do CI, o que facilita na 
acomodação do módulo no robô. (Cardoso, 2017) 
Na figura 4 podemos verificar um modelo de módulo Driver Ponte H: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 59: Módulo Driver Ponte H para Motores DC 
 
Fonte: (Cardoso, 2017) 
 
Algumas especificações são importantes na escolha do módulo, são elas: 
● Especificação de potência máxima fornecida; 
● Tensão máxima suportada; 
74 
 
● Corrente máxima suportada; 
● Tensão lógica. 
2.6.1.2 Entradas e saídas 
 
Na figura 5 podemos verificar a disposição das entradas e saídas do módulo 
Driver motor com Ponte H L298n: 
 
 
Figura 60: Entradas e Saídas Módulo Driver Ponte H L298n 
 
Fonte: (Cardoso, 2017) 
 
● Motor A e Motor B - Conectores para os dois motores. 
● 6 - 35V - Porta para alimentação da placa com tensão entre 6 a 35V. 
● Ativa 5V - Quando jampeado, a placa utilizará o regulador de tensão 
integrado para fornecer 5v (na porta 5v) quando a porta 6-35V estiver sendo 
alimentada por uma tensão entre 6 e 35V. Neste caso, não se deve alimentar 
a porta 5V pois pode danificar os componentes. A tensão fornecida na porta 5V 
pode ser usada para alimentar o Arduino, por exemplo. 
75 
 
● 5v - Em casos de não haver fonte de alimentação com mais de 6V 
podemos alimentar a placa com 5V por esta porta. 
● Ativa MA - Quando jampeado aciona o motor A com velocidade máxima. 
Para controlar a velocidade do motor A basta remover o jumper e alimentar o 
pino com uma tensão entre 0 e 5v, onde 0V é a velocidade mínima (parado) e 
5V a velocidade máxima. 
● Ativa MB - Quando jampeado aciona o motor B com velocidade máxima. 
Para controlar a velocidade do motor B basta remover o jumper e alimentar o 
pino com uma tensão entre 0 e 5v, onde 0V é a velocidade mínima (parado) e 
5V a velocidade máxima. 
● IN1 e IN2 - são utilizados para controlar o sentido do motor A. 
● IN3 e IN4 - são utilizados para controlar o sentido do motor B. 
Veja que agora, no lugar das chaves S1-S3 e S2-S4 temos os pinos IN1 e IN2. 
Onde IN1 corresponde às chaves S1-S3 e a IN2 às chaves S3-S4. Para controlar o 
sentido, temos as seguintes combinações para o motor A (IN1 e IN2): 
 
 
Tabela de Combinações. 
Para o motor B (IN3 e IN4), a tabela funciona da mesma forma. (Cardoso, 2017) 
Na figura 6 é possível verificar uma montagem utilizando um Arduino para 
controle do Drive. 
76 
 
Figura 61: Controle de Driver Ponte-H com Arduino
 
Fonte: (Cardoso, 2017) 
 
 
2.7 Transistores de Potência 
 
Um transistor é um dispositivo semicondutor PNP ou NPN de três camadas com 
duas junções, e possui dois tipos básicos de aplicação: amplificação e chaveamento. 
Os transistores de potência trabalham com altos valores nominais de tensão e 
correntes por isso são utilizados com o objetivo principal do controle eficaz de 
potência, portanto são utilizados invariavelmente como chaves. 
 
São empregados principalmente em choppers e em aplicações para inversores. 
O transistor possui três terminais, sendo que dois deles atuam como contatos de uma 
chave, e o terceiro é usado para ligar e desligar a chave. Assim, o circuito de controle 
pode ser independente do circuito que está sendo controlado. 
Dois tipos de transistores de potência são muito utilizados em eletrônica de 
potência: o transistor bipolar de junção (BJT) e o transistor de efeito de campo metal-
óxido-semicondutor (MOSFET). 
 
77 
 
2.7.1 Transistor Bipolar de Potência 
 
É um semicondutor de potência com estrutura NPN ou PNP. Por razões 
tecnológicas, em altas tensões apenas os do tipo NPN são produzidos. Os transistores 
são unidirecionais em tensão e corrente. A figura 4 apresenta as duas alternativas 
construtivas para o transistor bipolar: 
 
Figura 62: Transistor Bipolar NPN e PNP 
 
Fonte: (PN JUNCTINON LAB, 2018) 
 
 
2.7.1.1 Princípio de Funcionamento 
 
Se as junções do transistor forem polarizadas diretamente, permitem o 
estabelecimento de uma corrente, se polarizadas inversamente, não permitem. A 
operação normal de um transistor, porém, é verificada quando se polariza a junção 
Base-Emissor diretamente e Base-Coletor reversamente. Nesta situação observa-se 
não um comportamento isolado, mas a interação entre as junções. (SILVA, 2016) 
 
2.7.1.2 Curva Característica 
 
Existem três regiões de operação de um transistor, conforme a curva 
característica verificada na figura 5. 
 
 
 
 
78 
 
Figura 63: Curva Característica Transistor Bipolar 
 
Fonte: (Ahmed, 2000) 
 
Região Ativa: IC = βIB 
Nessa região o transistor é empregado em amplificadores e conversores. Não 
apresenta interesse em eletrônica de potência devido à alta dissipação de calor. 
Região de Quase-Saturação: 
É a região preferida em eletrônica de potência. A tensão VCE é baixa. Define-se 
nessa região o ganho forçado βF, pela relação: 
βF = IC / IB 
Região de Saturação: 
É a região onde para um IC dado, um aumento de IB não é traduzido por uma 
redução da tensão VCE. Essa região deve ser evitada, pois provoca um aumento no 
tempo de estocagem (ts), ou seja, aumenta os tempos de comutação do transistor. 
 
2.7.2 Transistor de Efeito de Campo de Junção (JFET) 
 
O JTFET é um dispositivo de três terminais, chamados Drain (Dreno), Source 
(Fonte) e Gate (Gatilho), conforme figura 6. A corrente cuja intensidade é controlada 
flui do dreno para a fonte,