Aula S9 - Módulo 1 - Motores e acionamentos arduino

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Introdução a Engenharia Elétrica - 323100
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
Departamentos da Engenharia Elétrica 
PCS Computação e Sistemas Digitais
PEA Energia e Automação Elétricas
PSI Sistemas Eletrônicos
PTC Telecomunicações e Controle Novembro de 2020
Módulo 1 – Motores e acionamentos
Aula S9
V1.5
2
Sumário
1. Motores elétricos
2. Motores de corrente contínua
3. Acionamento direto de um motor brushless
4. Acionamento com velocidade variável
5. Servomecanismos
3
• São máquinas elétricas capazes de converter energia elétrica em 
energia cinética. 
• Em geral, funcionam pela interação de campos eletromagnéticos, 
entre as partes fixas e móveis do motor.
• Princípio geral de funcionamento pode ser visto em uma bússola.
• Agulha: parte móvel, magnetizada, procura alinhar seu campo magnético a um 
campo magnético externo, fixo, do próprio planeta Terra.
Motores elétricos: fundamentos
Atenção: o pólo norte geográfico é um pólo sul magnético.
4
• Para produzir campos magnéticos: imãs permanentes ou eletroímãs.
Campos magnéticos
Natural
Magnetita
Artificial
Neodímio, Ferro e Boro
S N
Corrente elétrica
Bobina como eletroímã
Outra forma de ver uma 
bobina eletroímã : espira 
ou enrolamento
5
Interação de campos magnéticos - Torque
N
S
Linhas de campo magnético próximo 
da superfície terrestre criadas pelo 
magnetismo do núcleo do planeta
• Ex.: Bússola – sua agulha possui um movimento oscilatório, com tendência de alinhar a 
direção do seu campo magnético na direção do campo magnético terrestre. 
• A força magnética resultante da interação dos campo produz um torque na agulha.
• Em condições normais, após certo tempo, a bússola adquire uma posição fixa, estável.
Torque
Pergunta:
Como perpetuar o 
movimento da agulha num 
certo sentido?
... surge um 
torque ...
ou binário 
de forças
Linhas de 
campo da 
agulha da 
bússola
6
• Tipicamente motores rotativos, mas existem motores lineares (Google: Maglev).
• Estator: parte fixa, pode alojar uma das fontes de campo magnético.
• Rotor: parte móvel, à qual existe um eixo acoplado, solidário.
• Em motores rotativos, geometria tipicamente cilíndrica.
• Diversas configurações de diâmetro e comprimento para rotor
e estator.
Motores elétricos – geometria e definições
Estator
Rotor
Eixo
Eixo
Estator
Rotor
Escovas do comutador
7
P: Mas como manter o movimento de rotação da agulha?
R: Pelo menos um dos campos magnéticos precisa mudar ao longo do tempo!
• A partir de 1820~1830: inúmeras experiências para se dominar esta tecnologia.
• Algumas das personalidades que se dedicaram ao tema: Arago, Faraday, Maxwell, Clarke, 
Davenport, Siemens, Gramme, Edison, Krapp, Brown, Tesla, Ferraris, Boveri, Steinmetz, 
Westinghouse, Stanley, ...
• Várias geometrias, materiais, métodos e eletricidades (contínua ou alternada).
• Primeiras soluções: uso de um “comutador mecânico”, entre rotor e estator, para inverter o 
sentido da corrente nas espiras do rotor, mudando automaticamente o campo magnético do 
rotor, conforme o eixo gira.  este é o princípio do motor de corrente contínua com escovas!
• Soluções posteriores: adoção de correntes que naturalmente mudam de sentido ao longo do 
tempo, ou seja, correntes alternadas (senoidais), mudando o sentido do campo magnético. Uso 
de múltiplas correntes alternadas (polifásicas)  campo girante de Tesla e Ferraris).
• Soluções contemporâneas: sistemas de comutação eletrônica das correntes (brushless e drivers).
Retornando à pergunta da agulha...
Corrente
Comutador
e
Escovas
Motor DC de de Thomas Davenport (1834)
8
Primeiras máquinas elétricas rotativas
Galileo Ferraris
Nicola Tesla
Sir William 
Siemens
Motor DC
Gerador DC
Motor AC
Motor DC
Motor DC
9
Alguns motores contemporâneos
10
Mais motores, em locais inusitados!
11
Sumário
1. Motores elétricos
2. Motores de corrente contínua
3. Acionamento direto de um motor brushless
4. Acionamento com velocidade variável
5. Servomecanismos
12
• Muito comuns, com acionamento e controle simples.
• Diversos tamanhos, potências e tensões de alimentação.
• Acionados por uma tensão contínua.
• Em geral:
• O controle da magnitude da tensão controla a velocidade de rotação.
• O controle da corrente de alimentação controla o torque no motor.
• Desvantagens: possuem escovas e o comutador (partes móveis 
eletrificadas) que se desgastam ao longo do tempo e produzem 
algum faiscamento (e também interferências eletromagnéticas nas proximidades).
• Tipos mais modernos: motores brushless (sem escovas)  alto 
desempenho, altíssimas velocidades, alta durabilidade, alta 
eficiência energética (uso em drones, veículos elétricos,...).
Trivia: Vários motores podem ser considerados de corrente contínua, mas seu acionamento pode 
requerer uma eletrônica especialmente desenvolvida para aquele motor. Os motores brushless são um 
exemplo. Se você comprar o motor, deve comprar ou desenvolver a eletrônica de acionamento.
Trivia 2.0: Os motores brushless, essencialmente, são motores polifásicos de CORRENTE ALTERNADA! O 
conjunto com sua eletrônica de acionamento é que pode ser considerado um sistema de corrente 
contínua.
Motores elétricos de corrente contínua (CC)
10 [kW]
30 [W]
5 [W]
13
• Pequenos, compactos, com potências até poucas dezenas de Watts [W].
• Em geral: dois terminais, com tensão, corrente, potência e velocidades nominais, 
especificadas pelo fabricante. 
• Tensões típicas: 3 [V], 6 [V], 12 [V], 24 [V]. 
• Velocidades típicas de 1.000 a 16.000 [RPM].
• Normalmente utilizados com algum conjunto de engrenagens (redutor) ou polias, 
para diminuir a rotação do eixo da aplicação, mas aumentando o torque do conjunto.
• Característica importante: inverter a tensão de alimentação inverte o sentido de 
rotação do motor.
Motores CC de potência fracionária
Configuração típica
Estator com imãs permanentes.
Rotor bobinado com comutador e 
escovas.
Motor CC com 
redutor acoplado
Trivia: Em algumas aplicações, utilizam-se 
alguns capacitores entre os terminais do 
motor para reduzir o ruído e as 
interferências produzidas pelas escovas e 
comutador.
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• Motores modernos, de alta confiabilidade, alto rendimento e de menor manutenção.
• O motor pode possuir vários terminais (2, 3 ou mais). 
• O estator possui bobinas, mas o rotor só possui um conjunto de imãs permanentes, não há comutador ou 
escovas!
• Precisam de uma eletrônica para controle a acionamento (driver). Este driver possui dois terminais, com 
polaridade definida, que não podem ser invertidos !!!!
• Altas velocidades e potências em pequeno volume. Correntes podem ser MUITO elevadas.
• Podem ter a eletrônica de acionamento integrada ao motor, ou não.
Motores CC brushless (BLDC)
Configuração típica
Estator com bobinas fixas.
Rotor com imãs permanentes.
Driver integrado ao estator
Driver de um motor
Rotor
EstatorMotor (3 terminais)
Motor e driver em 
aeromodelismo
Ventoinha de PC
Motor deste driver
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• A comutação das correntes é feita nas bobinas fixas do estator, de forma eletrônica!
• Uma circuito dedicado percebe a posição dos pólos magnéticos dos imãs do rotor, para 
que possam ser escolhidas as magnitudes e direções das correntes que devem ser 
colocadas nas bobinas do estator para produzir o torque desejado.
• Exemplo: Brushless personal computer fans – ventoinhas de computador (PC)
• Hélice da ventoinha é o rotor. No seu interior existe um imã permanente de vários pares de pólos.
Motores BLDC – detalhes
Estator bobinado
Hélice conta com um imã permanente em 
forma de anel, com vários pares de pólos.
Estator com eletrônica de 
acionamento (driver)
embutidos
Eletrônica
Sensor do pólo
magnético do 
rotor.
N S
S
O conjunto do motor possui dois 
terminais, com polaridade 
identificada.
N
16
Motores BLDC – detalhe do rotor com imãs permanentes
N S
S N
Detalhe das linhas de campo 
magnético produzidas pelo imã 
permanente em forma de anel 
em um rotor de motor de 
ventoinha brushless.
Nestecaso:
2 pares de pólos magnéticos
Mas podem ser feitos 3, 4, 5, 10, 
20 páres de pólos, conforme a 
necessidade.
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Ventoinha Brushless - Funcionamento
2) Sensor detecta um dos 
polos do imã (norte).
N S
S N
1) Motor parado, recém 
energizado.
1.1) Bobinas ainda sem 
corrente. Estator sem 
campo magnético.
3) Driver aplica correntes nas 
bobinas para produzir os 
campos desejados no estator, 
para produzir torque no 
sentido horário, por exemplo.
4) Sensor detecta um 
novo pólo do imã 
permanente (agora sul).
4.1) Driver inverte as correntes nas bobinas do estator, 
produz campo no outro sentido. Volta a produzir torque.
6) Volta ao passo 3.
5) Sensor detecta um dos polos 
do imã (norte novamente).
3.1) Surge torque para 
alinhar os campos 
magnéticos do estator e 
rotor. 
18
Ventoinha Brushless – animação
GIF Animado obtido em:
https://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/assets/f/5/b/e/
b/525ee354757b7fc92d8b456c.gif
• O motor mostrado anteriormente 
poderia errar a direção de rotação.
• Para garantir o funcionamento, podem 
ser colocados outros sensores de 
campo, ou então a utilização de outras 
geometrias de estator (como na 
esquerda), ou outras formas de se 
energizar as bobinas (como abaixo).
GIF Animado obtido em:
http://pcbheaven.com/wikipages/images/how
brushlessmotorswork_1269519619.png
Visitem estes sites e links para verificar como é 
interessante o funcionamento dessas máquinas 
elétricas!
Ou vá no Google Images e procure:
brushless motor animated GIF
19
Sumário
1. Motores elétricos
2. Motores de corrente contínua
Atenção às considerações, antes dos demais tópicos
3. Acionamento direto de motores
4. Acionamento com velocidade variável
5. Servomecanismos
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• A seguir são apresentados exemplos de montagens que podem ser realizadas em casa ou com o 
auxílio do TinkerCAD.
• Em casa pode-se fazer uso de shields e placas que incluem todos os componentes principais para 
o acionamento direto dos motores, ou para o acionamento de velocidade variával.
• No TinkerCAD, a quantidade de componentes pode ser um pouco grande e nem todos os tipos de 
motores está disponível. 
• Em montagens reais, com algum cuidado, pode-se tentar segurar o eixo em movimento para 
aumentar a carga no motor.
• No TinkerCAD não existe uma forma de aumentar a carga aplicada ao eixo do motor.
• Em caso de qualquer dúvida consulte o professor.
• Atenção: Usar um motor não depende apenas de seu acionamento elétrico, mas também dos 
demais componentes mecânicos ligados ao seu eixo, como engrenagens, polias, rodas, etc.
Considerações preliminares
21
Sumário
1. Motores elétricos
2. Motores de corrente contínua
3. Acionamento direto de motores
4. Acionamento com velocidade variável
5. Servomecanismos
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• Num acionamento direto, o motor recebe TODA ou NENHUMA energia disponível, 
proveniente de uma fonte de tensão.
• O elemento usado para ligar ou desligar o circuito elétrico costuma ser:
• Uma simples chave/interruptor, comandado pelo usuário.
• Um relé eletromecânico, comandado eletricamente.
• Um ou mais transistores, comandados eletricamente.
• A corrente resultante será aquela demandada pela carga no eixo no motor.
• A velocidade ou o torque não são controlados com precisão e o motor acelera, 
permanece rodando em uma dada velocidade e torque, de acordo com os esforços 
resistentes da carga mecânica (por exemplo uma hélice ou roda) no eixo do motor.
• Não é possível variar a aceleração, diminuir, aumentar e ajustar a velocidade do 
sistema com facilidade.
• É o mecanismos de acionamento mais barato, usado em eletrodomésticos como 
geladeiras, liquidificador, aspirador de pó, ventiladores, etc.
Acionamento direto
Motor
Interruptor, 
relé, transistor
Ação de ligar/desligar (binária)
Carga 
mecânica 
acoplada 
ao eixo do 
motor. Ex. 
hélice.
eixo
Esquema de 
acionamento 
direto
mostrando o 
fluxo de energia 
entre fonte e 
carga
Fonte de 
energia
23
• Alguns exemplos de acionamento direto são:
• Bombeamento de fluídos – ao acionar o motor, uma bomba ligada ao eixo mobilizar a vazão dentro 
de um circuito hidráulico, com canos, para bombear um fluído de um reservatório. Com 
acionamento direto, a velocidade do motor será constante e a vazão do fluído também. Ex. Lavador 
de para brisa de veículos.
• Um ventilador – ao acionar o motor, a hélice mobiliza a vazão de ar através de suas pás, criando um 
fluxo de ar. Com acionamento direto, a velocidade do motor será constante e sua vazão também.
• Um elevador de cargas – ao acionar um motor, dá-se início ao processo de içamento de uma carga. 
Com acionamento direto, a velocidade da carretilha é constante, enrolando o fio do elevador a uma 
velocidade constante, fazendo a subida da carga em velocidade constante.
• Um prato giratório de microondas – ao acionar o motor, seu eixo gira com uma velocidade 
constante e o prato que está solidário a este eixo ou a polias e correias, também deve girar a uma 
velocidade constante, girando o alimento dentro do eletrodoméstico.
Prática
• Vamos ligar ou desligar um motor com acionamento direto, de forma manual.
• Vamos ligar ou desligar um motor com acionamento direto, de forma “automática”, 
ou seja, eletricamente controlada por algum outro sistema, como um Arduino, por 
exemplo.
Mas antes, vamos conhecer alguns novos componentes.
Acionamento direto – exemplos de aplicação
24
• Você pode ter em casa por conta de alguma sucata.
• Tensão de alimentação nominal de 12,0 [V]. Sentido de rotação é fixo!!!!
• Potência de cerca de poucos watts. Tipicamente de 1 a 5,0 [W].
• Modelos de dois terminais: positivo = vermelho, negativo = preto.
• Modelos de 3 ou mais terminais, demais fios podem servir para regular ou medir a 
velocidade de rotação.
Motor brushless (BLDC) – Ventoinha de PC
Atenção: Cuidado ao alimentar a ventoinha. A inversão da 
polaridade pode queimar sua eletrônica embutida de 
acionamento.
Perigo:
Partes móveis!
Obs: Infelizmente não existe um modelo do BLDC no 
TinkerCAD, mas você pode representar ele por um motor CC 
normal.
25
• Também são encontrados facilmente em sucatas de brinquedos e gadgets.
• Só possuem dois terminais e sua tensão de alimentação é usualmente baixa, entre 6,0 
[V] a 12,0 [V]. Sentido de rotação depende da polaridade da alimentação!!!! 
• Potência de cerca de poucos watts. Tipicamente de 1 a 5,0 [W].
• Normalmente possuem polias e engrenagens para diminuir a velocidade e aumentar o 
torque do conjunto.
• Alguns modelos podem ter um encoder/resolver acoplado ao eixo, que é
usado em aplicações onde se deseja medir precisamente velocidade ou 
posição.
Motor CC comum com escovas – brinquedos e gadgets
Atenção: Cuidado ao alimentar o motor. O uso de tensão excessiva pode 
fazer a velocidade do motor ficar tão elevada que ele pode destruir seus 
mancais e eixo por falta de refrigeração ou lubrificação adequada.
Atenção 2.0: Se o eixo do motor estiver travado ou com muita carga 
mecânica aplicada, a corrente durante sua alimentação pode ser muito 
elevada, e o motor pode superaquecer e queimar.
Perigo
Partes 
móveis!
Obs: No TinkerCAD todos os motores representados são de 
corrente contínua com escovas. Entretanto, é difícil saber os 
valores nominais de tensão e velocidade destes componentes.
26
• Experimente ligar um motor com um interruptor simples. Note:
• O valor da velocidade de rotação em RPM quando se aplica a tensão de uma 
bateria com uma dada polaridade, e quando se inverte essa polaridade.
• O que ocorre com a velocidade final quando se usa diferentes tensões. 
Experimente usar outras associações de pilhas, baterias ou uma fonte ajustável 
manualmente.
Acionamento direto – manual no TinkerCAD
27
• Um relé é constituído internamente de uma bobina que funciona como 
um eletroímã, atraindo ou não contatos elétricos móveis em seu 
interior. Esses contatos atuam como uma chave ou interruptor.
• Ao energizar sua bobina, o relé atraca, mudando um contato interno de 
aberto para fechado, permitindo apassagem de corrente elétrica.
• Alguns relés também possuem um contato normalmente fechado que, 
antes da energização da bobina, permite a passagem de corrente 
elétrica. Entretanto, quando sua bobina recebe energia, o contato 
passa a ficar aberto.
• Possuem várias configurações de contatos e tensões de alimentação 
para bobinas.
• Permitem o acionamento de cargas de potência bastante elevada com 
relação ao sinal enviado para a bobina. Um relé com bobina de 5V pode 
acionar um circuito independente de tensão até 250V e vários amperes 
de corrente.
• Para acionamento de sua bobina, é necessária uma energia um pouco 
maior que a capacidade das saídas dos microcontroladores. Nesse caso 
devem ser usados transistores para seu acionamento.
• Um veículo automotor possui dezenas desses relés, para as mais 
diversas funções, assim como outros eletrodomésticos e equipamentos 
em sua casa.
Relé eletromecânico – para acionamento direto “automático”
28
Relé eletromecânico – funcionamento
Observe o fio em 
PTA13 ligado em 
Dig.Outputs, pino 1 
da Baseboard
Fonte de tensão externa
12V
Ex. Ventoinha BLDC
Relé
Terminal Comum
Terminal 
Normalmente 
Fechado (NF)
Terminal 
Normalmente 
Aberto (NA)
Ao enviar uma corrente pela bobina, surge um 
campo magnético e o contato móvel é atraído.
O terminal normalmente aberto (NA) passa a 
estar conectado ao terminal comum. O terminal 
normalmente fechado (NF) fica então aberto.
Corrente necessária para fechamento ou 
atracamento: de 10,0 a 50,0 [mA].
+
Terminal NF
Bobina
Terminal comum
e contato móvel do relé
Terminal NA
• A rigor o relé é um interruptor!
• Mas que é manobrado (ligado/desligado) por uma 
corrente externa em sua bobina.
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Relé eletromecânico – funcionamento
Veja GIFs animados do funcionamento de relés no 
Google Imagens com: relay animated gif
Importante: A fonte de alimentação que energiza a bobina do relé em L1 e L2 
é independente da alimentação colocada entre seus terminais comum, NC 
(normally closed) e NO (normally opened). 
Em geral, em L1 L2 são colocados poucos Volts, e entre C NC NO podem ser 
utilizadas tensões muito maiores, permitindo que sejam acionadas cargas de 
potência bem mais elevada.
30
• A tensão aplicada ao motor será controlada por um relé 
eletromecânico, comandado por um sinal proveniente do 
pino 7 de um Arduino.
• Esse circuito é muito semelhante ao da aula S5, Slide 41, 
mas permite o acionamento de cargas muito mais 
potentes, de tensões muito maiores do que o Arduino.
• O código fonte pode até ser o mesmo (pisca-pisca a cada 
1,0 [s])
• Note: O transistor aciona o relé, que aciona o motor. O 
relé é acionado com 5,0 [V] do Arduino, mas o motor é 
acionado com 12,0 [V] de outra fonte de alimentação.
Montagem de acionamento direto “automatico” do motor
Observe o fio em 
31
Montagem de acionamento direto “automatico” do motor
Atenção com as 
conexões elétricas!!
Detalhe do relé no 
TinkerCAD
32
• Desafio:
Faça com que seu programa acione o motor por 10 segundos, toda a vez 
que um botão for pressionado.
Mas antes do acionamento do motor, seu programa deve piscar um LED por 
5,0 [s], com período de 0,2 [s] (ou soar uma buzina de alerta), para anunciar 
às pessoas ao redor para se afastarem do seu sistema, pois ele irá se mexer!
Opcional: Acionamento por botão com anunciador
Trivia: Estes circuitos de acionamento 
direto por relé são tão utilizados em 
aplicações práticas que existem placas 
dedicadas (shields), com todos os 
componentes montados e várias 
proteções adicionais, prontos para serem 
interligados ao Arduino, com 2, 4, 8 ou 
mais relés.
33
Sumário
1. Motores elétricos
2. Motores de corrente contínua
3. Acionamento direto de motores
4. Acionamento com velocidade variável
5. Servomecanismos
34
• Em alguns tipos de motores elétricos, pode-se variar sua velocidade 
através do ajuste de sua tensão de alimentação. 
• Com tensões menores, o torque do motor é menor e sua velocidade final é mais baixa.
• Com tensões maiores, o torque do motor é maior e sua velocidade final é mais elevada.
• Deve-se atentar para as máximas tensões de alimentação permitidas e 
que, para tensões muito baixas, às vezes o torque não é suficiente, sequer, 
para fazer o motor se mover (vencer o atrito estático!).
• Para produzir uma tensão variável, por exemplo, entre 0,0 e 12,0 [V], 
pode-se usar uma técnica semelhante àquela utilizada para variar o brilho 
de um LED na aula S7, slide 24: sintetizar em uma saída digital uma onda 
retangular, com largura de pulsos positivos ajustável (duty cycle).
• Essa técnica é denominada de Pulse Width Modulation, ou modulação por 
largura de pulsos (PWM).
• Só que não precisamos ficar controlar e temporizando o liga/desliga do 
sinal!!! O Arduino tem periféricos dedicados para isso!!!
Como variar a velocidade em acionamento de motores
35
• É um sinal de frequência (e período) constante e largura de 
pulso (ciclo ativo ou duty cycle) variável.
• Definição: a tensão média equivalente de um sinal periódico
 onde T é o período do sinal.
• Se um sinal PWM ao longo do tempo é:
 onde tp e Vpulso são a duração e a
tensão do pulso (em nível alto).
O sinal de PWM
 
0
1
( )
T
MV V t dt
T
 
   
, 0
( )
0 ,
pulso p
p
V t t
V t
t t T
Vpulso
0
Período T
tp
36
• Assim:
 tp/T é o duty cycle
• Os pulsos da onda PWM apresentam tensão fixa, entre 0 e o valor 
máximo, porém o valor médio da tensão varia em função do duty cycle.
• A tensão média (VM) é diretamente proporcional ao valor do duty cycle e, 
como este varia entre 0,0 a 1,0 (ou 0,0 a 100,0 [%]), a tensão média pode 
variar entre 0 e Vpulso.
PWM – Cálculo da tensão média
 
   
  
 
0
1
( ) 0
p
p
t T
p
M pulso
t
t
V V t dt dt V
T T
37
• Pode-se usar um código fonte muito parecido com o da aula S7, slide 24, 
gerando a onda digital pulsada programaticamente.
• Entretanto, o Arduino possui periféricos que geram esse sinal pulsado, 
controlando seu duty-cycle conforme o desejo do usuário, através de um 
circuito interno dedicado, como os TIMERs e ADCs já vistos.
• Mas o recurso de PWM só está disponível nos pinos identificado com um 
“til” (~), como nos pinos 3, 5, 6, 9, 10 e 11.
• Para utilizar, no seu programa declare o 
pino desejado no setup() como um pino de 
saída (OUTPUT).
• E para ligar uma onda PWM com um certo 
duty-cycle, chame no loop() a função 
analogWrite(pino, duty_cycle).
• duty_cycle deve ser um número inteiro, 
sem sinal, com valores entre 0 a 255:
• 0 significa duty-cycle de 0,0 [%] (sinal desligado 
sempre).
• 255 significa duty-cycle de 100,0 [%] (sinal ligado 
sempre).
• Valores intermediários (10, 20, 230, ...) criam o 
duty-cycle desejado.
Quem gera essa sinal PWM no Arduino?
38
• Legal! O Arduino consegue fazer um pino produzir essa onda 
automaticamente. Você só deve informar o período e o duty-cycle, 
entre 0 até 255. 
• Pergunta: O microcontrolador pode enviar esse sinal direto a um 
motor de 12V???? NÃO!!!!!  Precisamos usar um amplificador!!!!
Exemplo de PWM com LED
int led_pin = 6;
void setup() {
//Declara o pino como saida
pinMode(led_pin, OUTPUT);
}
void loop() {
//acendimento gradual do LED
for(int i=0; i<255; i++){
analogWrite(led_pin, i);
delay(5);
}
//apagamento gradual do LED
for(int i=255; i>0; i--){
analogWrite(led_pin, i);
delay(5);
}
}
39
• Trata-se de um dispositivo eletrônico capaz de chavear uma tensão de alimentação 
para uma carga, entre 0,0 [V] e um valor máximo de tensão, com alta frequência, 
conforme as ordens de um sinal digital PWM vindo de um microcontrolador.
• Possui também um mecanismo que permite a inversão do sinal aplicado, permitindo 
que os terminais da carga recebam também a tensão invertida (negativa). Quando 
ligado num motor, pode fazer ele girar para os dois lados, conforme a necessidade!!!!
• Permite comandar a aplicação de tensões e 
correntes bastante elevadas em uma carga (alta 
potência), através de sinais digitais de controlebastante comuns (0,0 a 5,0 [V] por exemplo).
• Um driver denominado de “ponte H completa” é 
usualmente utilizado para controlar motores de 
dois terminais (como motores de corrente 
contínua). Entretanto, para motores de corrente 
alternada (polifásicos), outras configurações de 
ponte H são utilizadas.
• Além de motores, as pontes H são usadas no 
controle de vários tipos de carga e fontes.
• Um diagrama simplificado do dispositivo é mostrado acima.
Produzindo sinais pulsados (chaveados) de maior potência
Ponte H – manipulando sinais de alta potência 
Ponte H
DR1
DR2
alimentação positiva
terra
Habilita Terminais de saída
para a carga
Terminais de controle
(digitais)
Terminal de alimentação
Terminal de
P
N
40
• Os terminais DR1 e DR2 determinam a ligação da alimentação às saídas P e N.
– Se os níveis lógicos forem DR1=0 e DR2=1, P é ligado ao terminal positivo e N ao terra.
– Se os níveis lógicos forem DR1=1 e DR2=0, P é ligado ao terminal terra e N ao positivo.
• A energia só flui dos terminais de alimentação para os terminais de saída se o nível 
lógico no terminal Habilita for 1.
• A energia é proveniente dos terminais de alimentação e não dos terminais de controle 
DR1,DR2 e HABILITA.
Detalhes da ponte H e forma de controle
DR1
DR2 Ponte H
Alimentação positiva
Terra
Habilita
Terminais de 
saída
P
N
41
• Internamente, uma ponte H é composta de transistores ou chaves comandadas, em 
uma configuração de dois circuitos push-pull ou toten pole, como visto na aula S5.
• Níveis lógicos em DR1, DR2 (ou Input1 e Input2) e Habilita (ou Enable) determinam a 
ligação ou não, e a polaridade, da tensão de alimentação aplicada à carga conectada 
nos terminais de saída P e N (ou Output1 e Output2).
Funcionamento interno de uma Ponte H
Terra
Alimentação
CH1
CH2
CH3
CH4
Terminais 
de saída
DR1 DR2
Habilita
CH5
P N
42
• Com DR1=0 e DR2=1, e aplicando um sinal PWM na entrada Habilita.
• Nessa condição, a carga tem tensão positiva no terminal P e negativa (ou terra) no 
terminal N.
• O fluxo de energia é pulsante, mas se feito rápido o suficiente (período do PWM 
pequeno), a carga ligada nos terminais de saída “percebe” uma tensão média, de 
acordo com seu duty-cycle, como comentado anteriormente.
Funcionamento de uma Ponte H – Alimentação na direção A
Terra
Alimentação
Tensão +Vp
CH1
CH2
CH3
CH4
Carga
DR1=0 DR2=1
Habilita
CH5
Fluxo da energia
+ -
P N
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• Com DR1=1 e DR2=0, e aplicando um sinal PWM na entrada Habilita.
• Nessa condição agora, a carga tem tensão negativa (ou terra) no terminal P e positiva 
no terminal N.
• O fluxo de energia novamente é pulsante mas a carga ligada nos terminais de saída 
“percebe” a tensão média do PWM, de acordo com seu duty-cycle.
Funcionamento de uma Ponte H – Alimentação na direção B
Terra
Alimentação
Tensão +Vp
CH1
CH2
CH3
CH4
Carga
DR1=1 DR2=0
Habilita
CH5
Fluxo da energia
+-
P N
44
Circuito integrado 
L298
Circuito integrado 
L293D Shield com o L298Shield com o L293D
• Existem vários shields e circuitos prontos para integrar a um microcontrolador no mercado. Eles 
são baseados em um circuito eletrônico, como o L298 ou L293D, que possuem não uma, mas 
DUAS pontes H completas em seu interior. 
• Ambas as pontes são alimentadas por uma mesma tensão de entrada externa.
• Obs.1: O chip do L298 pode acionar no máximo até 1,0 [A] por ponte, enquanto que o L293D até 
0,6 [A] por ponte.
• Obs.2: Frequências de PWM muito elevadas podem causar superaquecimento do chip. Use cerca 
de 0,4 [kHz] até 5,0 [kHz]. O Arduino trabalha com PWM com frequência fixa entre 0,4 a a 0,9 
[kHz], ou seja, não é um problema.
• Atenção: Uma vez que para inverter a tensão aplicada à carga basta alterar DR1 e DR2, é muito 
fácil aplicar tensões com polaridade reversa a sua carga. Se sua carga não for um motor, fique 
atento se ela pode suportar tensões invertidas!!!!
• Cuidado: O nome dos pinos DR1,DR2 e Habilita são diferentes entre os chips. Veja a 
documentação/datasheet de cada um, seja do chip ou do shield!!
Ponte H na vida real
45
Ponte H no TinkerCAD - exemplo
• Não há um shield pronto no TinkerCAD. Assim é necessário montar o L293D quase por completo. 
Mas atenção, até no tinkerCAD essa montagem está simplificada, pois numa montagem real 
outros componentes de apoio seriam necessários para garantir uma montagem segura.
• Abaixo é mostrado um circuito que utiliza apenas uma das pontes H.
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Programa do exemplo
void setup() {
pinMode(12, INPUT); 
pinMode(11, INPUT);
pinMode( 8, OUTPUT); digitalWrite( 8, LOW);
pinMode( 7, OUTPUT); digitalWrite( 7, LOW);
pinMode( 6, OUTPUT);
analogWrite( 6, 0);
Serial.begin(9600);
}
int valor=0;
void loop() {
if(digitalRead(12)) {valor+=5; Serial.println(valor);}
if(digitalRead(11)) {valor-=5; Serial.println(valor);}
if(valor<0) {digitalWrite( 7, LOW); digitalWrite( 8, HIGH);}
if(valor>0) {digitalWrite( 7, HIGH); digitalWrite( 8, LOW);}
if(valor==0){digitalWrite( 7, LOW); digitalWrite( 8, LOW);}
analogWrite(6, abs(valor));
delay(50);
}
• Experimente pressionar os botões 
na protoboard.
• Note a onda no osciloscópio.
• A simulação pode ser um pouco 
lenta.
Atenção: Este programa apresenta algumas falhas, quando o 
valor passa de +255 ou -255.
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Particularidades da vida real
• Em montagens reais, para pequenos valores de duty-cyle no PWM, o 
motor pode não ter tensão suficiente para se mover.
• Se a frequência do PWM for muito elevada, as perdas nos transistores da 
ponte H podem ser elevadas, e o componente pode aquecer 
substancialmente. No caso do Arduino, a frequência é relativamente 
baixa e não é necessário se preocupar.
• No L293D, a corrente máxima admissível em cada saída PWM é de 0,6 
[A] de forma contínua. Mas por pequenos intervalos de tempo é possível 
ter o dobro dessa corrente. Isso é importante, pois a partida ou parada 
de motores pode resultar em correntes muito maiores que a nominal.
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Duas pontes H no TinkerCAD – outro exemplo
• Abaixo é mostrado um circuito que utiliza as duas pontes H do L293D.
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Programa do outro exemplo
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT); digitalWrite(13, LOW);
pinMode(12, OUTPUT); digitalWrite(12, HIGH);
pinMode(11, OUTPUT);
pinMode( 8, OUTPUT); digitalWrite( 8, LOW);
pinMode( 7, OUTPUT); digitalWrite( 7, HIGH);
pinMode( 6, OUTPUT);
analogWrite( 6, 0);
analogWrite(11, 0);
}
int valor;
void loop() 
{
valor = analogRead(A0);
analogWrite(6, valor/4);
analogWrite(11, 255 - valor/4);
delay(10);
}
• Experimente mudar a posição do potenciômetro.
• Veja a variação de velocidade.
• Como um veículo com duas rodas tracionadas dessa 
forma se comportaria?
• A simulação pode ser um pouco lenta.
Atenção: Este pequeno programa não explora a possibilidade de 
mudar o sentido de rotação dos motores. Mas poderia! Este é 
um desafio épico!
50
Curiosidade do ultimo exemplo
• Esse mecanismo de controle de dois motores de forma independente, é 
o que permite o movimento versátil de uma série de robôs domésticos 
de limpeza, entre outros tipos de veículos elétricos.
• Fazer com uma montagem é relativamente simples. Mas além dos 
cuidados de hardware, o software de controle é fundamental para seu 
funcionamento!
Retirado de:
https://dronebotworkshop.com/robot-car-
with-speed-sensors/
Retirado de:
https://create.arduino.cc/projecthub/mjrobot/cont
rolling-a-roomba-robot-with-arduino-and-android-
device-56970d
51
Curiosidades de acionamento de vel. variável
• Motores elétricos também podem ser geradores elétricos, modificando-
se a forma de acionamento elétrico e mecânico. Mas seu acionamento 
também deve poder receber energia ao invés de apenas controlá-la e 
enviá-la ao motor.
• Motores modernos sem escovas (brushless) podem ser muito compactos 
e com alta potência.
• Na vida real, você consegue “ouvir” o barulho característico de um motor 
operando com alimentação via PWM. 
– O zunido que pode ser percebido, depende da frequência de chaveamento do 
PWM. Essezunido é produzido, entre outros fatores, por um fenômeno 
denominado magnetostricção, que são vibrações nos materiais magnéticos dentro 
do motor, excitadas pelo chaveamento.
– Frequências de PWM muito elevadas (>10KHz) tornam esse ruído imperceptível, 
mas podem aumentar as perdas na ponte H, tornando o circuito ineficiente e 
tornado seu chip muito quente, podendo queimá-lo.
– Frequências de PWM baixas (<2KHz) tornam esse ruído incômodo, pois o ouvido 
humano tem uma boa percepção de sons entre 100 a 8000 [Hz].
– Frequências de PWM muito baixas (<10Hz) podem fazer com que o motor não 
responda da forma esperada à tensão média.
52
Sumário
1. Motores elétricos
2. Motores de corrente contínua
3. Acionamento direto de motores
4. Acionamento com velocidade variável
5. Servomecanismos
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Servomecanismos
• Em muitas aplicações com motores, se deseja não apenas ter um certo movimento, 
com uma certa velocidade ou torque controlados, mas principalmente ter um controle 
preciso da posição do eixo.
• Por exemplo, pense num braço robótico. Ele possui diversos graus de liberdade, como 
para rotacionar suas “juntas”, realizando algum movimento no espaço livre ao seu 
redor. Isole algum desses mecanismos e veja seus requisitos...
• Nessa junta, é desejado que em certo momento, haja 
um dado torque, para ter uma dada velocidade de 
rotação ω, para que o eixo se posicione num ângulo θ.
• Assim que alcançar esse ângulo θ desejado, o motor 
elétrico e seu acionamento devem ajustar o torque, 
para que a junta permaneça nessa posição, quanto 
tempo for necessário, e para quaisquer que sejam os 
esforços aplicados a ela.
• Se algo ou alguém tentar mexer nessa posição, o sistema deve 
perceber e compensar, de forma autônoma, automática, 
aplicando mais ou menos torque, para ajustar a velocidade, 
corrigindo e mantendo a posição θ desejada.
• Essas aplicações são tão comuns que na engenharia são projetados 
sistemas e componentes especificamente para fazer esse papel: os 
servomecanismos! E eles são usados em todo lugar!
ω
θ
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Exemplos comerciais de baixo custo
• Além de fundamentais para a indústria moderna e robótica, alguns exemplos de 
servomecanismos empregados no dia a dia, são os vários brinquedos ou produtos para 
aeromodelismo e automodelismo de controle remoto.
• As superfícies de controle (ailerons, elevadores, leme) ou a direção de esterçamento
das rodas, por exemplo, são ajustadas por servos, segundo comandos enviados por um 
microcontrolador. Cada servo recebe seu comando para se movimentar, fazendo o 
movimento ou inclinando as partes móveis, e principalmente, mantendo-os no lugar 
durante as manobras e esforços.
Servos
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Servomecanismos – o que tem dentro
• Em geral, um servo é constituído por:
– Um motor elétrico, tipicamente de corrente contínua.
– Um conjunto de engrenagens para diminuir a velocidade do motor e aumentar seu 
torque. Este conjunto é acondicionado em uma caixa plástica rígida.
– Um sensor de posição, que permite medir e detectar as movimentações do eixo 
mecânico de saída do servo.
– Um conjunto eletrônico integrado, compreendendo um driver (ponte H completa) de 
acionamento para o motor elétrico e um sistema de controle automatizado, 
responsável por analisar a posição atual contra uma posição de referência, para 
determinar a ação do driver do motor. 
– Esse conjunto também possui uma canal 
de comunicação digital, que permite que 
o servo receba as ordens desejadas de 
posição de referência que o servo deve 
assumir em cada instante.
– Um mecanismo para engate (também 
chamado de horn) que faz a ligação do 
eixo mecânico do servo a um dado 
componente, cujo movimento deseja-se 
controlar.
Motor, 
sensor e 
eletrônica
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Detalhes de servos para modelismo
• Em aplicações de modelismo, os servos são pequenos e leves. Devem ser especificados 
pela sua massa, em [g], tensão de alimentação e torque. Por exemplo: servo 9g, 5V e 
16N.cm. Esse servo é mostrado abaixo e custa menor de R$ 20,00.
• Não permitem rotações completas de seu eixo, mas deslocamentos angulares limitados, 
como por exemplo entre 0⁰ a 160⁰, 0⁰ a 240⁰.
• Sua força é limitada, mas possuem torques dos mais diversos. Em geral, frações de [N.m].
• A velocidade de resposta (ex: 600 [graus/s]) entre uma ordem de comando ou outra, e a 
força (ou torque) para manter o eixo numa dada posição, são proporcionais à tensão de 
alimentação.
Servo de 9g
Horns ou acessórios para 
ligação em hastes e 
elementos de ação 
mecânica.
Terminais elétricos
Alimentação, Controle, Terra
Eixo
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Para uso no Arduino
• Assim como outros elementos, periféricos e recursos, para se fazer uso de um ou mais 
servos com um microcontrolador como o Arduino é necessário se utilizar alguma 
biblioteca externa. Para o Arduino, uma das mais populares chama-se Servo.
• Nem todos os pinos do Arduino podem fazer o controle de servos. Observe a 
documentação
• Fique atento que o uso da biblioteca Servo pode interferir com outros recursos, como 
as saídas PWM que são feitas com os comandos analogWrite(...).
• Não se esqueça que a alimentação do servo pode (e muitas vezes DEVE) ser 
independente da alimentação do Arduino, com uma fonte externa de boa potência. Os 
servos de 9g, por exemplo, consomem cerca de 220,0 ± 50,0 [mA] de corrente quando 
estão em movimento. Parados, sem carga aplicada em seu eixo, essa corrente pode ser 
30 vezes menor. Se alimentados com uma tensão de 5,0 [V], no pior caso de consumo 
energético, a fonte dos servos deve ter capacidade de prover entre de 1,0 a 1,5 [W] de 
potência, por servo. 
• Se estiverem alimentador pelo 5,0 [V] do próprio Arduino, sem uma fonte auxiliar 
externa, quando se solicita um movimento amplo (de 0⁰ até 160⁰), o surto de corrente 
pode fazer seu Arduino ser resetado ou desligado. Fique atento ao funcionamento 
errático de seu sistema.
• Com múltiplas fontes em seu circuito, não esqueça de interligar os terras (GNDs).
• No TinkerCAD temos servos!!! \o/ \o/ \o/ \o/ \o/ \o/ \o/ 
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Uma montagem de exemplo
Fonte externa
Horns do Servo
Sinal de 
controle de 
posição
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Programa 1 de exemplo
#include <Servo.h> //incluir a biblioteca de servo
int pinoServo = 6; //pino de controle do servo (deve ser saida PWM)
Servo s; //objeto servo
int pos; //posicao desejada
void setup (){
s.attach(pinoServo); //conecta o objeto à saida PWM onde está o servo
s.write(0); //posiciona o servo em zero graus
}
void loop(){ 
//ciclo de ida, de 0 a 180 graus (aprox.)
for(pos = 0; pos < 180; pos++){ 
s.write(pos); 
delay(15); 
}
delay(1000); //aguarda 1 segundo
//ciclo de ida, de 0 a 180 graus (aprox.)
for(pos = 180; pos >= 0; pos--){
s.write(pos);
delay(15);
}
}
60
Outra montagem de exemplo
Sensor PIR
Horns do Servo
• Utiliza um sensor de movimento por Infravermelho (PIR). Se algo se mover sob o 
sensor, ele detecta, gerando um sinal digital. O sensor PIR funciona como aqueles 
sensores usados em alarmes (detector de presença) e em torneiras automatizadas.
• Aqui, toda a vez que algo se movimento, o servo pode borrifar álcool em algum lugar.
• Na simulação, clique no sensor PIR e mexa no alvo dentro da zona de detecção.
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Programa 2 de exemplo
#include <Servo.h>
Servo Borrifador;
void setup() {
Borrifador.attach(9);
Borrifador.write(0);
pinMode(3, INPUT);
}
void loop() {
if(digitalRead(3)) {
Borrifador.write(180);
delay(1000);
Borrifador.write(0);
delay(1000);
}
delay(50);
}