SUpervisorio II

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO 
ESCOLA DE MINAS 
COLEGIADODO CURSO DE ENGENHARIA DE 
CONTROLE E AUTOMAÇÃO - CECAU 
 
 
 
 
 
 
FELIPE VILELA NUNES 
 
 
 
 
 
 
 
DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA DE SEGURANÇA 
UTILIZANDO MICROCONTROLADOR PIC18F4550 
 
 
 
MONOGRAFIA DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE 
CONTROLE E AUTOMAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ouro Preto, abril de 2013
 
 
 
 
FELIPE VILELA NUNES 
 
 
 
 
 
DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA DE SEGURANÇA 
UTILIZANDO MICROCONTROLADOR PIC18F4550 
 
 
 
 
Monografia apresentada ao Curso de 
Engenharia de Controle e Automação 
da Universidade Federal de Ouro Preto 
como parte dos requisitos para a 
obtenção do Grau de Engenheiro de 
Controle e Automação. 
 
Orientador: Prof. Msc. Alex Vidigal 
Co-orientador: Prof. Msc. Alan Kardek 
 
 
 
 
Ouro Preto 
Escola de Minas – UFOP 
abril/2013 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 AGRADECIMENTOS 
 
 
Primeiramente agradeço à Deus por iluminar meu caminho e possibilitar-me concluir o curso 
com força e saúde. 
Ao meu pai pelo apoio e conselhos. 
Aos meus irmãos, pela cumplicidade, carinho e auxílios. 
A Fernanda, que tanto me apoiou e me aconselhou nos momentos mais difíceis. 
A Cristina, minha sogra, pelo carinho e atenção. 
Ao meu orientador Prof. Alex Vidigal, Co-Orientador Alan Kardek e ao Técnico de 
Laboratório Robson Nunes pelo aprendizado e paciência. 
A turma 07.2 pelo cumplicidade e pelas amizades. 
Aos amigos Bruno Avelar e Bruno Dayrell da SEMPRA TECNOLOGIA pela ajuda no 
desenvolvimento do projeto. 
Aos professores e funcionários da Universidade Federal de Ouro Preto. 
 
 
 
RESUMO 
 
 
O grande processo de globalização trouxe consigo a divisão de classes na sociedade. Essa 
divisão de classes inclui aqueles menos favorecidos, os quais, a maior parte desses, 
influenciados pelo consumismo a que o capitalismo induz, cometem vandalismo, furtos e 
roubos. Parte da sociedade tenta evitar essa agressão buscando mecanismos de escapatória. 
No atual nível de tecnologia em que se encontra o mundo, a automação se desenvolveu para 
enfatizar e inovar os vários sistemas controláveis que auxiliam o dia-a-dia das pessoas. Esses 
sistemas incluem mecanismos de seguranças, como câmeras, cercas elétricas e sistema de 
segurança de acesso controlado a residências, escritórios, etc. Neste trabalho, foi desenvolvida 
uma placa de circuito eletrônico com todos os dispositivos necessários, para controlar uma 
fechadura elétrica, do tipo residencial que incluem um teclado matricial, um LCD, e uma 
programação que permitiu a interação do usuário com o referido sistema de acesso seguro. 
Após a finalização do projeto, observou-se o funcionamento do sistema, como o esperado. 
Entretanto, melhorias podem ser implementadas. Um grande diferencial deste trabalho foi o 
baixo custo envolvido na sua produção. 
 
Palavras chaves: Fechadura elétrica, microcontrolador, sistema de segurança. 
 
 
 
ABSTRACT 
 
The great globalization process brought the class division within the society. This includes 
those less privileged, whom, influenced by consumerism that capitalism induces, commit 
vandalism, theft and robbery. Part of the society tries to prevent this aggression by seeking 
escape mechanisms for security. At this present state of technology in which the world 
situates, automation has developed to emphasize and innovate controllable systems that 
supports the day-to-day of people's lives. These include security mechanism systems, such as 
cameras, electric fences and security system for controlled access to residential, offices, etc. 
In this work, it was developed an electronic circuit board with all the necessary devices, 
comprising a matrix keyboard and a LCD to control an electric lock (of the residential type) 
and a program that allows the interaction between the user and the system. At the end of this 
project, we found a perfect operating equipment. Nevertheless, improvements can be 
implemented. A great advantage of this study was the low cost involved in its production. 
 
KEYWORDS: Electronic lock, microcontroller, security system. 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
FIGURA 2.1 - Desenho esquemático de um Microcontrolador ............................................. 16 
FIGURA 2.2 - Microcontrolador PIC18F4550 ..................................................................... 18 
FIGURA 2.3 - Teclado Matricial 4X4 .................................................................................. 19 
FIGURA 2.4 - Teclado Matricial - Representação das linhas e das colunas ...........................20 
FIGURA 2.5 - Display LCD 16x2 ........................................................................................ 20 
FIGURA 2.6 - Escrita de caracteres no LCD de acordo com o código binário ...................... 20 
FIGURA 2.7 - WorkSpace do software MPLAB IDE da Microchip ...................................... 23 
FIGURA 3.1 - Workspace ISIS Proteus ................................................................................ 25 
FIGURA 3.2 - Circuito projetado no ISIS Proteus ................................................................ 26 
FIGURA 3.3 - Placa PCB finalizada .................................................................................... 27 
FIGURA 3.4 - Placa PCB em formato 3D ............................................................................ 27 
FIGURA 3.5 - Desenho da placa a ser impressa no papel fotográfico (layer inferior) ........... 28 
FIGURA 3.6 - Desenho da placa a ser impressa no papel fotográfico. .................................. 28 
FIGURA 3.7 - Fenolite ou placa cobreada ............................................................................ 29 
FIGURA 3.8 - Processo de transferência da imagem para a placa cobreada .......................... 30 
FIGURA 3.9 - Exemplo de placa de circuito impresso antes e depois envernizar. ................. 31 
FIGURA 3.10 - Diâmetro das ilhas de acordo com as brocas a serem utilizadas. .................. 32 
FIGURA 3.11 - Esquema de um L.E.D de 5mm, com o anodo em destaque ......................... 33 
FIGURA 3.12 - Placa de circuito impresso finalizada........................................................... 34 
FIGURA 3.13 - Projeto finalizado com a estrutura em acrílico ............................................. 34 
FIGURA 3.14 - Projeto finalizado com a estrutura em acrílico ............................................. 35 
FIGURA 3.15 - Projeto finalizado com a estrutura em acrílico. ............................................ 36 
FIGURA 4.1 - Exemplo da utilização do define associado às portas do microcontrolador .... 38 
FIGURA 4.2 - Programação das portas do microcontrolador ................................................ 38 
FIGURA 4.3 - Utilização dos comandos da biblioteca de LCD ............................................ 39 
FIGURA 4.4 - Endereço das portas associados aos nome dos componentes.......................... 40 
FIGURA 4.5 - Programação dos resistores internos de pull-u. .............................................. 41 
FIGURA 4.6 - Display ao pressionar o botão de cadastro de senha. ...................................... 41 
FIGURA 4.7 - Código para gravação na EEPROM .............................................................. 42 
FIGURA 4.8 - Função que compara a senha principal com a senha geral .............................43"Querem que vos ensine o modo de chegar à ciência 
verdadeira? Aquilo que se sabe, saber que se sabe; aquilo que 
não se sabe, saber que não se sabe; na verdade é este o 
saber." 
(Confúcio) 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
 
TABELA 2.1 - Pinagem do Microcontrolador PIC18F4550 ................................................. 18 
TABELA 2.2 - Displays L.C.D's disponíveis ....................................................................... 21 
TABELA 2.3 - Pinos do LCD ..................................................................................................22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE SIGLAS 
 
CPU - Central Processing Unit (Unidade Central de Processamento) 
LCD - Liquid Cristal Display (Display de cristal liquido) 
PWM - Modulação de Largura de Pulso 
UART - Universal asynchronous receiver/transmitter 
USART - Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter 
ANSI - American National Standards Institute 
CI - Circuito Integrado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 12 
1.1 Objetivos .................................................................................................................... 12 
1.1.1 Objetivo geral .......................................................................................................... 12 
1.1.2 Objetivos específicos ............................................................................................... 12 
1.2 Metodologia Proposta ................................................................................................. 13 
1.2.1 Material ................................................................................................................... 13 
1.2.1.1 Equipamentos ....................................................................................................... 13 
1.2.1.2 Reagentes ............................................................................................................. 14 
1.2.1.3 Vidrarias e correlatos de uso geral ........................................................................ 14 
1.3 Estrutura do trabalho .................................................................................................. 14 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................................... 15 
2.1 O Microcontrolador .................................................................................................... 15 
2.2 Linguagem C .............................................................................................................. 16 
2.3 Sistemas embarcados .................................................................................................. 16 
2.4 Microcontrolador Família PIC18 ................................................................................ 16 
2.5 Teclado matricial 4X4 ................................................................................................ 18 
2.6 Display LCD 16X2..................................................................................................... 19 
2.7 MPLAB IDE .............................................................................................................. 21 
2.8 Compilador MPLAB C18 ........................................................................................... 22 
3 DESENVOLVIMENTO ................................................................................................. 23 
3.1 Métodos Gerais .......................................................................................................... 23 
3.1.1 Projeto de fabricação da placa de circuito impresso ................................................. 23 
3.1.1.1 Software Proteus................................................................................................... 23 
3.1.1.2 Desenho Esquemático no ISIS Proteus.................................................................. 23 
 
 
 
3.1.1.3 Montagem do PCB (3D) ....................................................................................... 25 
3.1.2 Fabricação da Placa ................................................................................................. 27 
3.1.2.1 Transferindo o desenho para a placa cobreada ...................................................... 28 
3.1.2.2 Acabamento da placa ............................................................................................ 29 
3.1.2.3 Corte da Placa....................................................................................................... 29 
3.1.2.4 Processo de pintura da placa ................................................................................. 29 
3.1.2.5 Processo de furação da Placa ................................................................................ 30 
3.1.3 Inserindo os componentes (CI) e finalização da placa de circuito impresso .............. 31 
3.1.3.1 Inserindo os componentes nas ilhas ...................................................................... 31 
3.1.3.2 Processo de soldagem ........................................................................................... 32 
3.1.3.3 Finalização da placa de circuito impresso ............................................................. 33 
4 PROGRAMAÇÃO .......................................................................................................... 36 
4.1 Desenvolvimento do programa para PIC18F4550 ....................................................... 36 
4.2 Programação inicial .................................................................................................... 36 
4.3 Programação dos "defines" ......................................................................................... 36 
4.4 Programação das portas do microcontrolador ............................................................. 37 
4.5 Programação do display LCD ..................................................................................... 38 
4.6 Programação dos L.E.D's, Push Button, Buzzer e Relé ............................................... 38 
4.7 Programação do teclado matricial 4x4 ........................................................................ 39 
4.8 Programação do sistema de senha principal ................................................................ 40 
4.9 Programação do sistema de senha geral ...................................................................... 41 
5 CONCLUSÃO ................................................................................................................. 43 
REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 44 
 
 
 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
A finalidade de sistemas de informação utilizados para gerenciar o acesso de indivíduos a 
ambientes é garantir um acesso fácil e simplificado desses usuários devidamente autorizados e 
impedir a entrada dos não autorizados. (DE FARIAS SANTOS et al., 2009). 
 
Os grande problemas enfrentados para ambientes que são acessados por mais de uma pessoa 
são, o controle de acesso, a utilização de várias chaves na fechadura (o que pode levar a um 
defeito), principalmente a perda da chave, etc. O trabalho foi desenvolvido visando solucionar 
todos os problemas citados, e não citados,construindo um sistema eletrônico de acesso 
seguro, com um custo baixo e de grande confiabilidade. 
Os sistemas de controle de acesso eletrônico podem ser, de forma geral, de dois tipos: o 
primeiro, em que um sistema embarcado existe apenas para controlar o acesso de pessoas a 
um determinado ambiente; e o segundo tipo, em que os sistemas passam a ser também 
ferramentas de controle gerencial (SANTOS et al., 2007). 
 
Propôs a criação de uma placa de circuito impresso com um sistema microcontrolado, 
utilizando de componentes de baixo custo e que permitem a segurança necessária ao ambiente 
no qual o projeto será utilizado. 
1.1 Objetivos 
1.1.1 Objetivo geral 
 
Fabricar placa de circuito impresso para controle de fechadura elétrica com todos os 
dispositivos necessários para o funcionamento do microcontrolador PIC18F4550; e 
desenvolver programação, em linguagem C, para que o microcontrolador acione a fechadura 
de acordo com a entrada de uma senha através de um teclado matricial. 
1.1.2 Objetivos específicos 
 
a) desenhar o modelo da placa utilizando software Proteus para a confecção da 
placa de circuito impresso; 
13 
 
 
b) fabricar placa cobreada para a soldagem dos componentes a partir do desenho, 
necessários para o funcionamento do microcontrolador; 
c) programar, em linguagem C, o firmware do microcontrolador para permitir 
interação homem maquina; 
d) montar uma estrutura para a placa e os dispositivos utilizados, LCD 16 x 2, 
placa cobreada, teclado matricial. 
1.2 Metodologia Proposta 
 
A priori foi realizado o estudo do microcontrolador, utilizando o datasheet do PIC18F4550, 
verificando os componentes necessários ao seu funcionamento quanto, também, as 
especificações dos componentes eletrônicos. Após a análise dos dispositivos necessários, foi 
projetado a placa de circuito impresso utilizando, para isso, o software Proteus. 
Após desenvolvimento do projeto de circuito impresso, iniciou-se o processo de fabricação e 
montagem da placa. Consequentemente, a programação em linguagem C pode ser realizada e 
testada. 
1.2.1 Material 
1.2.1.1 Equipamentos 
 
a) multímetro Minipa ET-1100 DMM; 
b) estação de solda HAKO FX-951; 
c) prensa Térmica Termopress Industria de Maquinas LTDA; 
d) furadeira de bancada Ferrari Modelo FG 13B; 
e) brocas de 1mm e 0,8mm; 
f) secador Bluesky; 
g) chave de fenda; 
h) lupa iluminada de bancada Toyo TL-1020; 
i) segueta; 
j) ebulidor mergulhão (aquecedor de água); 
k) notebook DELL Vostro 3450. 
 
14 
 
 
1.2.1.2 Reagentes 
 
a) percloreto de Ferro; 
b) verniz Electrolube CPL a base de poliéster; 
c) verniz Electrolube PUC a base de Poliuretânica. 
1.2.1.3 Vidrarias e correlatos de uso geral 
 
a) esponja Multiuso dupla face; 
b) bandeja em Polietileno 20x30 cm, altura 6 cm, capacidade 2,5 l; 
c) lã de aço; 
d) detergente; 
e) lixa nº 80. 
1.3 Estrutura do trabalho 
 
O capítulo 1 foi realizada uma introdução sobre o sistema de acesso seguro, abordando-se 
também dois dos elementos mais importantes para o projeto, quais sejam, o microcontrolador 
e a programação em linguagem C. O objetivo e a metodologia são também descritos ao longo 
deste trabalho. 
O capítulo 2 faz uma revisão de outros trabalhos já realizados, detalhando os principais 
componentes utilizados. 
O capítulo 3 demonstra os procedimentos utilizados para chegar à montagem do dispositivo 
que controla a fechadura elétrica. 
O capítulo 4 exemplifica como a programação para o microcontrolador foi realizada e suas 
principais funções dentro do CI (circuito integrado). 
O capítulo 5 tem-se a conclusão do trabalho e são expostas sugestões para continuidade e 
melhoria do sistema desenvolvido. 
 
 
 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
2.1 O Microcontrolador 
 
Em 1969, a BUSICOM fez um pedido a Intel solicitando um circuito integrado para as suas 
calculadoras e que esse deveria ser produzido para os diversos tipos de produtos. Marcian 
Hoff, engenheiro da Intel, propôs a BUSICOM uma idéia revolucionária, um circuito 
integrado programável com esse dispositivo poderia ser utilizado em várias aplicações 
mudando-se apenas a programação. Dessa idéia, a Intel criou o primeiro microprocessador 
conhecido como 4004, que era capaz de trabalhar com 4 bits a uma velocidade de 6kHz. A 
partir desse circuito integrado, surgiu uma corrida para o desenvolvimento, chegando a uma 
evolução sem fim dos microprocessadores da atualidade. 
Com a evolução, surgiu a necessidade do conforto e praticidade. Televisores com controle 
remoto, máquinas de lavar roupa, micro-ondas. Desse ponto, nasce a era dos sistemas 
embutidos (os microcontroladores). Os microcontroladores seguem o mesmo princípio de um 
microprocessador, entretanto, o microcontrolador não necessita de memória externa e 
barramento externo para funcionar. Tudo isso (e mais) está embutido dentro de um circuito 
integrado. Segundo Miyadaira (2009), os microcontroladores são pequenos dispositivos 
dotados de "inteligência", basicamente constituídos de Unidade Central de Processamento - 
CPU (Central Processing Unit), memória (dados e programas) e periféricos (portas E/S, I
2
C, 
SPI, USART etc.), de acordo com a Figura 2.1. 
 
FIGURA 2.1 - Desenho esquemático de um Microcontrolador 
Fonte: Torres e Martins , 2011.
16 
 
 
2.2 Linguagem C 
 
A programação do microcontrolador pode ser realizada em linguagem C. A linguagem C, 
também chamada de linguagem compilada, foi criada por Dennis Ritchie, em 1972, no centro 
de pesquisas da Bell Laboratories. 
Inicialmente utilizada para reescrever o sistema operacional UNIX, que anteriormente era 
escrito em Assembly, a linguagem C possui características como modularidade, compilação 
separada, recursos de baixo nível, confiabilidade, entre outros. 
Na década de 70, o UNIX foi liberado para as universidades e, a partir desse ponto, a 
linguagem C tornou-se amplamente conhecida e utilizada. Trata-se de uma linguagem de fácil 
manipulação ao homem. Após escrito todo o código, deve-se utilizar um compilador para 
tornar essa programação "legível" ao microprocessador ou microcontrolador. 
2.3 Sistemas embarcados 
 
Sistema embarcado, ou sistema embutido, são dispositivos, circuito integrado, "invisíveis" 
que estão no nosso cotidiano como: TV's, celulares, câmeras digitais, etc. 
Pode-se afirmar tratar-se de um dispositivo microprocessado, no qual as funções de um 
computador estão embutidos nesse circuito integrado que realiza um conjunto de tarefas 
predefinidas pelo programador, (tarefas essas que será desenvolvida) de acordo com a 
finalidade a ser empregado pelo sistema embutido. 
2.4 Microcontrolador Família PIC18 
 
O microcontrolador utilizado nesse trabalho foi o PIC18F4550, da Microchip, devido o seu 
preço razoável e sua comunicação USB, que dispensa a utilização de uma gravadora para 
fazer o download dos programas na memória utilizando um notebook, por exemplo. Esse 
microcontrolador possui 40 pinos, sendo que 35 são pinos de I/O, configuráveis, de entrada e 
saída digitais, 13 portas analógicas, sendo algumas digitais e analógicas, distribuídos em 5 
grupos de portas, PORT A, PORT B, PORT C, PORT D e PORT E. Esses pinos também 
tem outras funções como possuir comunicação serial, RX e TX, comunicação USB, entre 
outros. De acordo com a Figura 2.2 e a Tabela 2.1. 
17 
 
 
 
FIGURA 2.2 - Microcontrolador PIC18F4550 
Fonte: MICROCHIP, 2003. 
 
TABELA 2.1 - Pinagem do Microcontrolador PIC18F4550 
 
Fonte: MICROCHIP, 2003. 
18 
 
 
 
Segundo o DataSheet do PIC18F da Microchip (2003), a memória de programa do 
microcontrolador podeser apagada e escrita cerca de 100.000 vezes e 1.000.000 de vezes para 
a memória EEPROM. 
2.5 Teclado matricial 4X4 
 
Foi utilizado um teclado matricial de membrana 4X4 , quatro linhas e quatro colunas. A 
Figura 2.3 mostra o teclado matricial utilizado no projeto. 
 
FIGURA 2.3 - Teclado Matricial 4X4 
 
Esse teclado tem suas teclas ligadas por linhas e colunas. Quando uma tecla é pressionada o 
barramento daquele botão faz ligação com o barramento da coluna do mesmo. De acordo com 
a Figura 2.4. 
 
FIGURA 2.4 - Teclado Matricial - Representação das linhas e das colunas 
19 
 
 
2.6 Display LCD 16X2 
 
Por tratar-se de componente de fácil utilização e implementação, o display LCD (liquid cristal 
display) tornou-se um dispositivo amplamente utilizado. Mais versátil que o 7-segmentos, 
permite a escrita de palavras, números, símbolos, etc. De acordo com Figura 2.5 e Figura 2.6. 
 
FIGURA 2.5 - Display LCD 16x2 
 
FIGURA 2.6 - Escrita de caracteres no LCD de acordo com o código binário 
Fonte: Ilett, 1998. 
Além de iluminação de fundo para uma melhor visualização no período noturno, o display 
16x2 possui 16 colunas e 2 linhas, permitindo a escrita de 32 caracteres, 16 na linha 1 ou, 
20 
 
 
superior, e 16 na linha 2 ou, inferior. A Tabela 2.2 mostra outros módulos LCD disponíveis 
no mercado. 
TABELA 2.2 - Displays LCD's disponíveis 
 
Fonte: Barbacena e Fleury, 1996. 
 
"Estes módulos utilizam um controlador próprio, permitindo sua interligação com outras 
placas através de seus pinos, onde deve ser alimentado o módulo e interligado o barramento 
de dados e controle do módulo com a placa do usuário. Naturalmente que além de alimentar e 
conectar os pinos do módulo com a placa do usuário deverá haver um protocolo de 
comunicação entre as partes, que envolve o envio de bytes de instruções e bytes de dados pelo 
sistema do usuário" (BARBACENA e FLEURY, 1996). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
 
A Tabela 2.3 mostra o display LCD 16x2, utilizado no projeto, o qual possui 16 pinos de 
conexão. 
TABELA 2.3 - Pinos do LCD 
 
Fonte: Barbacena e Fleury, 1996. 
 
Segundo Barbacena e Fleury (1996) "Os módulos LCD são projetados para conectar-se com a 
maioria das CPU’s disponíveis no mercado, bastando para isso que esta CPU atenda as 
temporizações de leitura, escrita de instruções e dados, fornecido pelo fabricante do módulo." 
2.7 MPLAB IDE 
 
O MPLAB IDE é um software de programação que permite uma integração fácil e rápida com 
o compilador C18 ou outro tipo de compilador. Ele permite gerenciar um projeto, compilar, 
debugar e gravar o microcontrolador, dentre outras funções. A Figura 2.7 mostra o workspace 
do software MPLAB IDE. 
22 
 
 
 
FIGURA 2.7 - WorkSpace do software MPLAB IDE da Microchip 
 
2.8 Compilador MPLAB C18 
 
O compilador MPLAB C18 é um software capaz de traduzir um código de alto nível, com 
interface ao programador, para um código correspondente de baixo nível. Geralmente uma 
linguagem simbólica conhecida como assembly, para que possa ser interpretado por uma 
máquina, por exemplo, o microcontrolador. 
Sua característica é ser compatível com o padrão ANSI, programação simultânea em 
linguagem C e Assembly no mesmo projeto, possui uma numerosa quantidade de bibliotecas 
(PWM, UART, USART, etc). 
 
 
 
3 DESENVOLVIMENTO 
3.1 Métodos Gerais 
 
O processo de desenvolvimento do projeto inicia-se com o desenvolvimento do desenho da 
placa de circuito impresso. Em seguida, impressão em placa cobreada, corrosão com ácido, 
limpeza, preparação da placa, soldagem dos componentes, verificação do sistema e inserção 
da programação no microcontrolador. Feito isso, dar-se ao inicio o processo de acabamento 
do projeto. 
3.1.1 Projeto de fabricação da placa de circuito impresso 
3.1.1.1 Software Proteus 
 
Para projetar o desenho que foi utilizado para a fabricação da placa de circuito impresso, 
utilizou-se o software Proteus. 
 
"O software de desenho e simulação Proteus VSM é uma ferramenta út il para 
estudantes e profissionais que desejam acelerar e melhorar suas habilidades para do 
desenvolvimento de aplicações analógicas e digitais. Ele permite o desenho de circuitos 
empregando um entorno gráfico no qual é possível colocar os símbolos 
representat ivos dos componentes e realizar a simulação de seu funcionamento sem o risco 
de ocasionar danos aos circuitos. A simulação pode incluir instrumentos de medição e a 
inclusão de gráficas que representam os sinais obtidos na simulação. O que mais interesse 
despertou é a capacidade de simular adequadamente o funcionamento dos microcontroladores 
mais populares (PICS, ATMEL-AVR, Motorola, 8051, etc.)" (Bermúdez, 2000) 
3.1.1.2 Desenho Esquemático no ISIS Proteus 
 
Todo projeto inicia-se com o desenho da placa de circuito impresso, neste caso, utilizando o 
software Proteus. A Figura 3.1 mostra Workspace ISIS Proteus. 
24 
 
 
 
FIGURA 3.1 - Workspace ISIS Proteus 
Adiciona-se ao workspace o microcontrolador, nesse caso, o PIC18F4550, a partir dele foi 
montado toda a estrutura do sistema. 
Utilizou-se: 
a) 1 microcontrolador PIC18F4550 para o controle do sistema; 
b) 3 LED's: um vermelho para informar sistema fechado, um amarelo para 
 informar entrada de dados e um verde para informar acesso permitido ; 
c) 1 buzzer: dispara um breve alarme quando a senha for digitada erroneamente; 
d) 1 relé: aciona a fechadura elétrica quando a senha for digitada corretamente; 
e) 4 push button: dois para entrar no modo de gravação via USB, um para 
 gravação da senha principal e outro que não foi utilizado a priori. ; 
f) 1 teclado matricial 4x4: utilizado para entrada de dados; 
g) 1 LCD 16x2: permite a interação máquina usuário; 
h) USB Tipo B: para alimentação 5 volts da placa e gravação do firmware; 
i) regulador de tensão LM 7805: para que regule a alimentação da fechadura 
 (12V) para tensão de trabalho da placa (5V); 
j) componentes necessários para o funcionamento da placa (resistores, capacitores, 
bornes e transistores). 
 
Após a montagem do circuito, foi feita uma simulação com o microcontrolador para poder 
testar o funcionamento do circuito, para isso, utilizou-se a programação do projeto, 
anteriormente escrita. A Figura 3.2 mostra o circuito projetado no ISIS Proteus. 
 
25 
 
 
 
FIGURA 3.2 - Circuito projetado no ISIS Proteus 
 
3.1.1.3 Montagem do PCB (3D) 
 
Concluído a etapa de desenho do circuito, deu-se o inicio a montagem do desenho da placa 
que foi impressa na fenolite cobreada, nessa etapa utilizou-se o software ARES Proteus. 
Dentro do ISIS clicou-se em transferir para o ARES. Em seguida, os componentes foram 
dispostos a adequar a uma instalação da placa na porta do ambiente a ser controlado. 
Componentes 3D que não estiverem na biblioteca do Proteus, terão que ser adicionado ou 
desenhados com uma ferramenta CAD. Utilizando a função autorouter do software Proteus, 
criaram-se as trilhas testando as possibilidades existentes para que uma trilha não cruze a 
outra. É necessário definir espaçamento de trilha com 0,4mm para que o processo de corrosão 
por ácido consiga separá-las. De acordo com as Figura 3.3 e Figura 3.4. 
 
26 
 
 
 
FIGURA 3.3 - Placa PCB finalizada 
 
 
FIGURA 3.4 - Placa PCB em formato 3D 
27 
 
 
3.1.2 Fabricação da Placa 
 
Finalizado os desenhos dos layouts, para a fabricação da placa, gerou-se um arquivo PDF no 
software Proteus para ser impresso em um papel fotográfico. Em seguida, em uma impressora 
a laser, faz-se a impressão no papel fotográfico.A Figura 3.5 e Figura 3.6 mostra como 
ficaram as impressões dos layouts. 
 
FIGURA 3.5 - Desenho da placa a ser impressa no papel fotográfico (layer inferior) 
 
FIGURA 3.6 - Desenho da placa a ser impressa no papel fotográfico. 
28 
 
 
3.1.2.1 Transferindo o desenho para a placa cobreada 
 
O processo de transferir o desenho para placa cobreada inicia-se limpando-a. Com uma lã de 
aço limpou-se a parte cobreada até que a mesma ficasse brilhando, esse processo permite a 
tinta do papel fotográfico aderir com melhor qualidade à placa de fenolite cobreada. A Figura 
3.7 mostra uma placa cobreada após o processo de limpeza. 
 
FIGURA 3.7 - Fenolite ou placa cobreada 
Com a placa limpa, coloca-se o papel fotográfico com a parte impressa para baixo, ou seja, 
em contato com a parte cobreada da placa, e com uma prensa térmica, pressiona-se o papel 
contra a fenolite cobreada aquecendo-a durante um período aproximado de 100 segundos a 
uma temperatura de 150ºC. 
O próximo passo foi retirar o papel da placa. Coloca-se a placa dentro da bandeja de 
polietileno com água, detergente e com o ebulidor mergulhão aquece-se a água a uma 
temperatura próxima de 35ºC deixando de molho por 30 minutos. Passado o tempo, retirou-
se, com cuidado, o papel fotográfico da placa, consequentemente, a parte printada ficará no 
cobre. De acordo com a Figura 3.8 pode-se observar o resultado final. 
 
29 
 
 
 
FIGURA 3.8 - Processo de transferência da imagem para a placa cobreada 
Fonte: Faça você mesmo 
 
3.1.2.2 Acabamento da placa 
 
O processo de acabamento é dividido nas seguintes etapas, cortar a placa do tamanho do 
circuito, pintar a placa com um verniz protetor e furar as ilhas do circuito. 
3.1.2.3 Corte da Placa 
 
A placa cobreada obtida no comércio possui dimensões de 30x30 cm. O projeto ficou na 
dimensão de 7,6x11 cm, com isso é necessária remover o excedente. 
Como uma segueta, espécie de serra menor para corte em metais, a placa foi cortada do 
tamanho desejado. 
3.1.2.4 Processo de pintura da placa 
 
Segundo Fabio Domingos Pannoni 2007, "corrosão pode ser definida, de modo simples, como 
sendo a tendência do metal produzido e conformado de reverter ao seu estado original, de 
mais baixa energia livre. Uma outra definição, amplamente aceita, é a que afirma que 
corrosão é a deterioração que ocorre quando um material reage com seu ambiente." Com isso, 
após o corte da placa, deve-se envernizá-la com um verniz de proteção, no caso, o verniz 
Electrolube CPL que além de proteger o cobre da corrosão, facilita na soldagem dos 
30 
 
 
componentes eletrônicos e evita um curto circuito, pois isola as trilhas da placa. Na parte 
superior da placa, layout dos componentes, aplica-se o verniz PUC que fornece à placa brilho 
e resistência. Após corrosão, a placa fica com a parte do circuito desejado com o cobre e a 
parte que não deseja conexão fica apenas com a fenolite (Figura 3.9). 
 
 
FIGURA 3.9 - Exemplo de placa de circuito impresso antes e depois envernizar. 
Fonte: Nunes Dal Col, 2011. 
 
3.1.2.5 Processo de furação da Placa 
 
Com o verniz já seco, inicia-se o processo de montagem dos CI com a furação das ilhas do 
circuito impresso. Para isso, utiliza-se de uma furadeira de bancada. 
Para que os componentes possam ser afixados na placa de circuito impresso é necessário fazer 
as devidas furações levando em conta o tamanho da ilha produzida com o tamanho da broca a 
ser utilizada (Figura 3.10). 
 
31 
 
 
 
FIGURA 3.10 - Diâmetro das ilhas de acordo com as brocas a serem utilizadas. 
Fonte: Nunes Dal Col, 2011. 
Componentes em que o diâmetro do filamento são de 0,8mm, as ilhas foram definidas para 
brocas de 1mm, enquanto componentes com filamentos de 0,6mm, as ilhas foram desenhadas 
para brocas de 0,8mm, assim, após os furos, ainda teremos a presença de cobre ao redor do 
furo, permitindo a conexão do sistema e a soldagem dos componentes. 
3.1.3 Inserindo os componentes (CI) e finalização da placa de circuito impresso 
3.1.3.1 Inserindo os componentes nas ilhas 
 
O processo de inserir os componentes na placa de circuito impresso é um fator determinante 
para que o projeto esteja em pleno funcionamento. Deve-se observar os componentes que 
possuem anodo e catodo, buscando sempre ligá-los de maneira correta. Seguir o modelo do 
projeto pelo Proteus é um fator que auxilia o processo de soldagem dos componentes. 
Dispositivos como L.E.D's (Diodo Emissor de Luz), possuem terminais com anodo e catodo. 
 
Na figura 3.11, observa-se que o anodo é o filamento de maior comprimento, sendo assim, o 
filamento menor é o catodo. Outros componentes também possuem anodo e catodo, com isso, 
a consulta do datasheet dos componentes faz-se necessário. 
32 
 
 
 
FIGURA 3.11 - Esquema de um L.E.D de 5mm, com o anodo em destaque 
Fonte: Everlight Eletronics, 2004. 
3.1.3.2 Processo de soldagem 
 
Verificado a posição dos componentes, utiliza-se uma estação de solda para fixar os CI's na 
placa de circuito impresso fazendo com que a solda prenda na parte cobreada da ilha e no 
filamento do dispositivo a ser fixado tornando possível a condução de corrente elétrica. Esse 
processo é demorado, melindroso e exige certa técnica no processo de soldagem, ou seja, 
deve-se posicionar a ponta da solda na ilha esquentando-a e posteriormente colocar o 
filamento de solda na ponta do equipamento de soldagem. 
 
 
33 
 
 
3.1.3.3 Finalização da placa de circuito impresso 
 
Após todo processo de projeto da placa, construção, soldagem dos componentes, foi fabricado 
uma estrutura, em acrílico, para fixação da placa de circuito impresso e do display LCD. 
Observa-se a Figura 3.13, Figura 3.14 e Figura 3.15, o resultado final da placa de circuito 
impresso e o projeto finalizado do sistema de controle de fechadura elétrica. 
 
 
 
FIGURA 3.12 - Placa de circuito impresso finalizada. 
 
34 
 
 
 
FIGURA 3.13 - Projeto finalizado com a estrutura em acrílico. 
35 
 
 
 
FIGURA 3.14 - Projeto finalizado com a estrutura em acrílico. 
 
Esse projeto é fixado na porta que se deseja o controle e nele ligado a entrada do sistema de 
acionamento da fechadura elétrica. 
 
 
 
4 PROGRAMAÇÃO 
4.1 Desenvolvimento do programa para PIC18F4550 
 
Para a criação do código que comanda o microcontrolador, foi utilizado o software da 
Microchip, MPLAB IDE, que permite uma programação em linguagem C e Assembly 
simultaneamente. O compilador MPLAB C18, foi utilizador para converter a programação de 
alto nível, para uma de baixo nível, ou seja, linguagem facilmente interpretada pelo homem 
para linguagem de máquina. 
4.2 Programação inicial 
 
A priori, deve-se declarar as bibliotecas necessárias ao funcionamento do microcontrolador, 
sendo a principal nesse caso a "#include <p18cxxx.h>". Com isso, o compilador irá adicionar 
ao projeto as definições da família PIC18. As outras bibliotecas são criadas e adicionadas ao 
longo do projeto para uso na programação. 
4.3 Programação dos "defines" 
 
Os defines são uma das diretivas básicas do microcontrolador que são de pré-processador e 
não são compiladas. As diretivas básicas podem ser inseridas em qualquer parte do programa, 
são iniciadas com "#" e não possuem o ";" no final da linha de código. 
O define determina a uma palavra, ou identificador, a string que irá substituir. Por exemplo: 
#define teste 15. Toda vez que escrevermos teste, o microcontrolador entenderá o valor 15. 
Outro método de usar o define é para associar à configuração de portas do microcontrolador, 
assim, você poderá associarà porta, o elemento a ela ligado (Figura 4.1). 
37 
 
 
 
FIGURA 4.1 - Exemplo da utilização do define associado às portas do microcontrolador. 
 
Esse método de programação facilita quando deseja-se mudar de estado, 0 ou 1, das portas 
associadas aos componentes eletrônicos durante todo o código. 
4.4 Programação das portas do microcontrolador 
 
É necessário a programação das portas do microcontrolador para informá-lo o modo como 
essas portas responderão, como analógica ou digital, e como entrada ou saída. Neste projeto, 
como utilizou-se apenas de portas digitais, fez-se uso de uma programação que definiu todas 
as portas como digitais. Criou-se uma função, "ConfiguraSistema" (Figura 4.2), para que essa 
seja chamada dentro da rotina principal. 
 
 
FIGURA 4.2 - Programação das portas do microcontrolador 
38 
 
 
4.5 Programação do display LCD 
 
Na programação do LCD, utilizou-se uma biblioteca já pronta e escrita pela empresa 
PICMINAS. Através dessa biblioteca, utilizando códigos como: "PosicaoCursorLCD" que 
define a posição do caractere no display, "EscreveFraseRomLCD" que escreve a palavra 
desejada no LCD, LimpaDisplay que apaga o que estiver escrito no display, pode-se fazer a 
programação necessária de modo mais simples. Essa biblioteca foi de grande auxilio, pois 
permitiu o aumento da produtividade da programação (Figura 4.3). 
 
 
FIGURA 4.3 - Utilização dos comandos da biblioteca de LCD 
4.6 Programação dos L.E.D's, Push Button, Buzzer e Relé 
 
Os L.E.D's informaram quando o sistema está fechado, luz vermelha ligada, ou quando estiver 
no momento de digitar a senha, luz amarela ligada, ou quando conseguiu-se êxito na digitação 
da senha, luz verde ligada. 
 
Definiu-se que as portas dos L.E.D's, buzzer e relé são saídas digitais e as portas dos botões 
(Push Button) são entradas digitais. Para acioná-las foi utilizado a diretiva define para definir 
à palavra LED_RED, LED_GREEN, LED_YELLOW, RELE, BUZZER, BOTAO1, 
BOTAO2 aos respectivos endereços de portas. FIGURA 4.4. 
 
39 
 
 
 
FIGURA 4.4 - Endereço das portas associados aos nome dos componentes. 
 
Consequentemente, para se acender um L.E.D vermelho, programa-se da seguinte forma: 
"LED_RED=1"; Dessa maneira, estaremos fazendo PORTDbits.RD1=1. 
4.7 Programação do teclado matricial 4x4 
 
O teclado matricial 4x4 é formado por quatro linhas e por quadro colunas. Quando um botão é 
pressionado, a linha e a coluna, onde o botão pressionado está localizado, são conectadas. 
Com isso, pode-se definir a posição daquele botão. Para que o microcontrolador saiba qual 
botão foi pressionado, ele deve estar constantemente lendo as linhas ou as colunas e 
identificar uma mudança de estado. Essa mudança de estado pode ser de um degrau positivo 
(0 para 1), ou um degrau negativo (1 para 0) dependendo da lógica escolhida. 
Para ligar o teclado nas portas do microcontrolador, é necessário a utilização de resistores 
ligados ao VCC para que seja possível a identificação de nível lógico 1 quando o botão não 
estiver pressionado, quando pressionado, o nível lógica vai para 0. Entretanto, nesse projeto, 
não utilizou-se de resistores externos para o teclado matricial, o microcontrolador possui uma 
função interna de resistor, pull-up, na qual foi utilizada para evitar o uso de mais 
componentes, tornando assim o projeto mais barato (Figura 4.5). 
 
40 
 
 
 
FIGURA 4.5 - Programação dos resistores internos de pull-up. 
4.8 Programação do sistema de senha principal 
 
 Para o sistema de senha o usuário fará um pré-cadastro através de um botão localizado na 
placa de circuito impresso, como essa placa fica no interior da sala a qual se utilizará o 
sistema de segurança, com isso, somente o usuário que tem acesso ao ambiente, poderá alterá-
la. Pode-se também fazer uma estrutura com chave, para fechar o sistema de circuito 
impresso, para que nem todos os usuário do ambiente possam mudar a senha. 
 A Figura 4.6 mostra a imagem de quando o botão de senha principal é pressionado. 
 
Apenas 6 dígitos 
Senha: 
FIGURA 4.6 - Display ao pressionar o botão de cadastro de senha. 
Após digitar os seis números, deve-se apertar novamente o botão de cadastro de senha. Uma 
mensagem de "Password Gravada" será informada. A senha principal é gravada na memória 
EEPROM do microcontrolador, dessa maneira a senha não será perdida caso haja uma falta de 
energia (Figura 4.7). 
41 
 
 
 
FIGURA 4.7 - Código para gravação na EEPROM 
4.9 Programação do sistema de senha geral 
 
 O sistema de senha geral é a senha que o usuário entrará no dispositivo quando deseja fazer o 
acesso a um ambiente controlado. Essa programação funciona semelhante ao da senha 
principal, com a diferença que não há uma gravação da senha e que ao final da digitação da 
senha é necessário apertar a tecla C para confirmar. A tela inicial do sistema consta de uma 
frase que pode ser pré-programada, no caso desse trabalho a frase é a seguinte: "Laboratório 
de Elet. Digital", quando o usuário aperta qualquer tecla, a tela alterna para o modo de entrada 
de senha da mesma forma que foi mostrada na figura 4.4, caso não entre com a senha, o 
sistema retorna a tela inicial. Após digitar os 6 números deverá ser acionado a tecla C para 
confirmar, caso a senha seja compatível com a senha principal, o rele é acionado, abrindo a 
fechadura elétrica, o L.E.D verde é ligado, e a frase de "PASSWORD CORRETA" será 
informada. 
 Para fazer essa comparação, a senha principal quando digitada é armazenada em um vetor de 
6 posições. Quando digita-se a senha geral, ela também é colocado em um vetor de 6 
posições, mas não é armazenada. O programa, através de um laço, faz a comparação das 
posições do vetor de senha principal com o vetor de senha geral, caso senha compatível, ela 
executa todos os procedimentos citados anteriormente (Figura 4.8). 
42 
 
 
 
FIGURA 4.8 - Função que compara a senha principal com a senha geral 
Após a verificação da senha, o vetor de senha geral é resetado. 
Caso a senha esteja incorreta, um alarme sonoro, buzzer, irá informar o erro da senha, caso a 
senha seja introduzida 5 vezes erroneamente, o sistema trava por um período de 10 minutos, 
sendo esse mostrado em contagem regressiva no display que ao chegar ao término, retorna a 
tela principal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 CONCLUSÃO 
 
Com a realização deste trabalho, pôde-se observar o pleno funcionamento do equipamento, 
como esperado. O controle da fechadura pode ser efetivado de forma prática e segura. Todos 
os componentes funcionaram da forma correta, tanto a parte de controle como a parte física. O 
projeto foi realizado utilizando um microcontrolador da família PIC18F, já que o mesmo 
apresenta conexão USB que permite uma conexão com o notebook, mas pode-se realizar o 
mesmo trabalho com um microcontrolador da família PIC16F, reduzindo significadamente o 
custo do projeto. Outra melhoria que pode ser realiza é na programação. Pode-se aumentar no 
número de senhas gravadas e identificar cada senha de acordo com o usuário, no caso de 
ambientes acessados por várias pessoas, ou até mesmo incluir um leitor biométrico. Então, o 
projeto além de funcional e de baixo custo, é bastante flexível, o que permite adequar o 
projeto de acordo com a necessidade, de forma rápida e simples, já que a estrutura base está 
pronta. 
 
 
 
Sugestões para trabalho futuro: 
 Criação de supervisório com interface USB para cadastro de usuários e senhas. 
 Criação de banco de dados sobre o acesso seguro ao ambiente controlado. 
 Transmissão de dadosvia Bluetooth ou wireless. 
 
 
 
 
44 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
 
 BARBACENA, Ilton L.; FLEURY, Claudio A. DISPLAY LCD, 1996. 
 
 DAL COL, Robson. Prototipagem, Projeto, Fabricação e Montagem de PCIs, 
Ouro Preto: 2011. 
 
 DE FARIAS SANTOS, Katyusco; VICTOR DA SILVA, Mariana; GLEIDSON DA 
SILVA SANTOS, Ubiratan; OLIVEIRA JUNIOR, Jardenes F.; LIMA DOS 
SANTOS, Dalasiel. Um componente de software para integrar leitores de 
biometria a um sistema de controle de acesso, Pará: 2009. 
 
 Faça você mesmo. Processo de transferência da imagem para a placa cobreada. 
Figura Disponível em:< http://www.facavocemesmo.net/como-fazer-placas-de-
circuito-impresso-pelo-metodo-de-transferencia-termica/> Acessado em Junho de 
2012. 
 
 MICROCHIP. PIC18F2455/2550/4455/4550 Data Sheet, U.S.A: 2009. 
 
 MIYADAIRA, Alberto N. Microcontroladores PIC18, São Paulo: EdÉrica, 2009. 
 
 MORAES, Fernando G.; AMORY, Alexandre M.; JÚNIOR, Juracy P. Sistema 
integrado e multiplataforma para controle remoto de residências, Rio Grande do 
Sul: 2001. 
 
 OLIVEIRA, A.S.; ANDRADE, F.S. Sistemas Embarcados Hardware e Firmware 
na Prática. EdÉrica, São Paulo: 2006. 
 
 PANNONI, Fabio D. Princípios da proteção de estruturas metálicas em situação 
de corrosão e incêndio, Ouro Branco: 2007. 
 
 
45 
 
 
 SANTOS, Dalasiel L.; OLIVEIRA JUNIOR, Jardenes F.; LOPES, Jean F.; SANTOS, 
Katyusco de F. Um sistema de controle de acesso utilizando: apis javacomm e 
jdbc, microcontrolador pic e banco de dados relacional, Pernambuco: 2007. 
 
 SOUZA, Carlos Diego; NETO, José Romualdo. Sistema Microcontrolado para 
Monitoramento de Prédios Inteligentes. 
 
 TORRES, Fernando; MARTINS, Henrique. Apostila didática PICMINAS, Belo 
Horizonte: 2011. 
 
 YUAN, Guangxiu. Technical data sheet 5.0mm round type LED lamps, Taiwan: 
2004.