Modulo de Controle de uma cadeira de rodas motorizada

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PROJETO CADEIRA DE RODAS MOTORIZADA: MÓDULO INTELIGENTE DE AUTONOMIA
Carlos Moreira[1: Estudante – Graduando em Engenharia Elétrica na Doctum Caratinga – Doctum.2 Professor Orientador – Professor do Departamento de Engenharia – Doctum.]
Gabriel Bras Nunes Cupertino1
Hugo Henrique Oliveira Santos1
João Cezar Vieira1
Ricardo Botelho Campos, MSc.2
RESUMO
O presente artigo visa o desenvolvimento de um módulo inteligente de autonomia, adaptado em uma cadeira de rodas motorizada. Desenvolvido com o intuito de auxiliar deficientes físicos com dificuldade motora e demonstrar que é possível elaborar um módulo digital eficiente e confiável, este projeto tem por objetivo oferecer a estas pessoas, maior acessibilidade, conforto e inclusão social, assim através de um display LCD estarão disponíveis informações sobre a velocidade atual e autonomia da bateria.
Palavras-chave: Acessibilidade. Autonomia. Cadeira. Módulo.
INTRODUÇÃO
Muito se tem discutido, recentemente, acerca da importância do desenvolvimento de tecnologias para os portadores de deficiências físicas, sendo desenvolvidos diversos trabalhos em prol da melhoria da qualidade de vida desses indivíduos, transformado suas incapacidades em ação. No Brasil, desde 11 de janeiro de 2016, esta em vigor a Lei nº 13.243 que estabelece medidas de incentivo à inovação e à pesquisa científica e tecnológica no ambiente produtivo, com vistas à capacitação tecnológica, ao alcance da autonomia tecnológica e ao desenvolvimento do sistema produtivo nacional e regional, expandindo desta forma o mercado de equipamentos utilizados por pessoas com deficiência física e motora, promovendo de certa forma a inclusão dessas pessoas na sociedade (BRASIL, 2016).
Diante disso, surgiu-se um novo campo, embasado no desenvolvimento tecnológico, a fim atender os deficientes físicos: a Tecnologia Assistiva, que atua no desenvolvimento de equipamentos e softwares, buscando aumentar o grau de independência, autonomia, qualidade de vida e inclusão social, além de diminuir custos com suporte e cuidados de pessoas com deficiência (NASCIMENTO JÚNIOR, 2016).
Desta maneira a pesquisa buscou, na tecnologia assistiva o aperfeiçoamento de uma cadeira de rodas motorizada, adaptando-a com um módulo inteligente de autonomia, capaz de fornecer informações a seu respeito, sendo um produto eficiente, confiável e de bom custo/benefício comparado aos dispositivos existentes no mercado.
 Propõe-se, neste trabalho, atender, por meio da implementação do projeto, as necessidades básicas das pessoas que são portadoras de deficiência, a fim de aumentar o grau de independência, autonomia e inclusão social, pois em muitas situações essas pessoas são deixadas ao acaso. Para tal, a criação de um dispositivo capaz de fornecer informações ao cadeirante sobre a autonomia da bateria e velocidade instantânea, através de um display LCD, implantado no guidão da cadeira de rodas, torna-se viável.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A elaboração de um Módulo Inteligente de Autonomia tem como princípio, possibilitar ao indivíduo um controle real da energia consumida da bateria e a velocidade, para tal à utilização de sensores para determinar esses parâmetros reais, como sensor de corrente e tensão. Para a correta interpretação dos dados recebidos, necessita-se compreender as grandezas elétricas por trás destes dispositivos, sendo assim O’Malley (2014) define tensão, corrente e potência elétrica, respectivamente, sendo: 
A Tensão é a diferença de potencial entre dois pontos, caracterizando-se como o trabalho, em joules, necessário para mover uma carga de 1 C de um ponto para o outro. A unidade de tensão no SI é o volt, cujo símbolo é o V.
Corrente elétrica resulta no movimento de cargas elétricas. A unidade de corrente no SI é o ampère, cujo símbolo é A. Para uma corrente constante, o símbolo é I, e para uma corrente variando no tempo, é i. Se um fluxo constante de carga de 1 C passa por um determinado ponto em um condutor em 1 s, a corrente resultante é 1 A.
A unidade SI de potência é o watt, cujo símbolo é W. O símbolo P para potência constante e p para potência variável no tempo. Se um trabalho de 1 J é absorvido ou entregue a uma taxa constante em 1 s, a potência correspondente é 1 W.
Para a medição da velocidade é utilizado um sensor de efeito Hall, para entender seu funcionamento é necessário compreender o que é o efeito hall, assim, Honeywell (2016) explica-o como,
O princípio no qual um condutor retangular com um fluxo de corrente é atravessado por um campo magnético perpendicular, os elétrons desviados para as extremidades do condutor são perpendiculares ao sentido da corrente, gerando assim, uma tensão nestas extremidades conhecida como Tensão de Hall.
Com a aplicação dos conhecimentos em eletrônica detemos de uma ferramenta primordial chamada Arduino que é assim definido: “Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre e de placa única, projetada com um microcontrolador  com suporte de entrada/saída embutido e uma linguagem de programação” (BANZI, 2011), essa placa se torna essencial, pois com ela é possível à integração de uma série de funções de hardwares para o desenvolvimento de um Módulo de Autonomia.
DESENVOLVIMENTO
Neste capítulo será abordado como a adaptação de um Módulo Inteligente de Autonomia em uma Cadeira de Rodas Motorizada, pode auxiliar deficientes físicos. Inicialmente serão apresentadas as características do processo de elaboração do Módulo, a partir da eletrônica e Lógica (programação), após, o potencial impacto que o relacione no auxílio aos deficientes físicos.
ELETRÔNICA
A eletrônica é constituída como a parte que busca fazer a comunicação lógico/mecânica da cadeira de rodas através de diversos dispositivos eletrônicos. Para isso, através de várias pesquisas para definir qual seria o melhor microcontrolador para este projeto, utilizou-se o Arduino Uno para elaborar a prototipagem e executar os testes, e para o projeto definitivo, definiu-se a aquisição de componentes para confeccionar a placa final do projeto, responsável pela integração de todo o sistema, ou seja, o núcleo do projeto. Tendo esta como função a aquisição de dados e processar informações pré-estabelecidas, como: Autonomia e Velocidade.
Para a medição da velocidade é utilizado um sensor de efeito Hall, junto a um imã instalado na roda, é possível através do código de programação obter a velocidade em tempo real.
 Na medição de autonomia é utilizado um sensor de tensão (Figura 01), junto a um sensor de corrente (Figura 02), que a partir desses é possível saber a potência consumida e determinar a autonomia da bateria.
Figura 01: Sensor Tensão
Fonte: Eletrogate, 2019
Figura 02: Sensor Corrente
Fonte: RoboCore, 2019
No âmbito de mostrar as informações processadas pelo Arduino, utilizou-se um display LCD 16X2 (Figura 03), sendo implantado no guidão da cadeira de rodas, para que seja possível ver em tempo real informações essenciais durante o trajeto percorrido pelo deficiente em sua cadeira de rodas.
Figura 03: Display LCD 16X2
Fonte: Usinainfo, 2019
LÓGICA COMPUTACIONAL
O ambiente de desenvolvimento Arduino contém um editor de texto (Figura 04) para elaborar comandos lógicos, responsáveis pela interpretação dos dados recebidos através dos sensores, processando-os no microcontrolador e mostrando as informações via display LCD, facilitando a interação homem-máquina.
Figura 04: Ambiente desenvolvimento Arduino
Fonte: Arduino, 2019
Através das bibliotecas que a plataforma Arduino possui, implementou-se as variáveis e as funções, com uma função do tipo Setup (Configuração) e Loop (Laço) como base para criações de lógica para aplicação em placas da Arduino e afins. 
As variáveis de programação utilizadas foram elaboradas com a predefinição de comandos lógicos transferidos a uma placa de Arduino Uno que processará e emitirá um sinal para o display LCD.
POTENCIAL IMPACTO NA VIDA DOS PORTADORES DE DEFICIENCIA
O aperfeiçoamento da
cadeira de rodas motorizada, através da adaptação do Módulo Inteligente de Autonomia, trouxe de certo modo, acessibilidade e conforto aos cadeirantes durante seu trajeto, objetivando desta forma a LEI N° 13.243, DE 11 DE JANEIRO DE 2016, que estimula o desenvolvimento cientifico, em prol da igualdade social.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
No projeto o grande objetivo foi tornar a cadeira de rodas motorizada acessível e de baixo custo, para isso foram reaproveitadas baterias de notebooks danificadas a fim de se confeccionar um banco de baterias. Como resultado obteve-se uma boa ergonomia e uma excelente eficiência energética da cadeira, onde a tensão fornecida pelo banco de baterias foi de 42V e 22A a plena carga.
A confecção de uma placa definitiva apresentou grandes desafios para a conclusão do projeto, pois necessitaram de um maior aprofundamento em eletrônica e circuitos, conhecimentos os quais irão ser apresentados ao decorrer do curso.
Para a correta aquisição dos valores recebidos, dúvidas surgiram em decorrência do melhor método a se aplicar a tecnologia na proposta do projeto, portanto, vários parâmetros foram levados em consideração na lógica computacional, para que desta forma fosse possível obter resultados próximos dos valores reais de Velocidade e Autonomia necessários para o usuário.
Apesar dos desafios enfrentados na elaboração do módulo, a cerca da indefinição dos parâmetros a serem utilizados, este, vem apresentado um desempenho satisfatório em relação ao que foi proposto.
CONCLUSÃO
O desenvolvimento do presente projeto possibilitou uma amostra de como um Módulo Inteligente de Autonomia pode auxiliar a vida do deficiente. Além disso, o projeto possibilitou uma maior acessibilidade ao individuo, diante da possibilidade em se obter informações essenciais durante seu trajeto na cadeira de rodas.
Ao executar os testes com os sensores instalados na cadeira de rodas, verificou-se partes complexas do processo de aquisição de dados do ambiente. Todavia contribuiu para que as informações sejam cada vez mais próximas do ideal, mantendo a confiabilidade que o sistema compromete-se a ter.
O processo construtivo desta tecnologia envolveu aprendizado dos conteúdos ministrados no curso de engenharia elétrica, a fim de demonstrar a aplicabilidade no desenvolvimento de projetos que auxiliam no direito de preservação da vida e na inclusão de milhares de pessoas.
Desta forma, o objetivo geral da adaptação de um Módulo inteligente de Autonomia para auxiliar deficientes físicos foi atingido, as expectativas desta adaptação foram satisfatórias, portanto conclui-se que este trabalho obteve êxito naquilo que se propôs, aplicando os conhecimentos da engenharia elétrica em benefícios da sociedade, almejando assim garantir os direitos constitucionais de forma igualitária.
TRABALHOS FUTUROS
Observando a evolução obtida durante a elaboração do projeto e ao fim comprovando a sua necessidade e efetividade no auxílio aos cadeirantes, pode se notar que alguns pontos não foram totalmente explorados e devem ser considerados para trabalhos posteriores, como;
Utilizar diferentes tipos de sensores, para o acompanhamento real de sua trajetória.
Conectar e enviar as informações do computador de bordo para um aparelho celular. 
A elaboração de um algoritmo que possibilite a calibração do sistema de acordo com as limitações e preferências do cadeirante.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
______. Arduino Home. Disponível em: 
<https://www.arduino.cc>. Acesso em 05 de maio de 2019.
______. Eletrogate. Disponível em: 
<https://www.eletrogate.com/modulo-sensor-de-tensao-0-25v-dc?utm_source=Site&utm_medium=GoogleMerchant&utm_campaign=GoogleMerchant&gclid=CjwKCAjwk7rmBRAaEiwAhDGhxDehduM7gC5gEBXXWT2zUaZRLO9jZQNrhPTBhIPZn4bZEbvtvNnYsRoCXp4QAvD_BwE>. Acesso em 05 de maio de 2019.
______. RoboCore Tenologia Ltda. Disponível em:
<https://www.robocore.net/loja/sensores/sensor-de-corrente-acs712-30a>. Acesso em 05 de maio de 2019.
______.Usinainfo. Disponível em:
< https://www.usinainfo.com.br/displays-arduino/display-lcd-16x2-com-fundo-verde-2954.html>. Acesso em 05 de maio de 2019.
BANZI, Massimo. Primeiros passos com o arduino. 1. ed. São Paulo. Novatec, 2011.
Disponível em:
<http://www.martinsfontespaulista.com.br/anexos/produtos/capitulos/675151.pdf>.
Acesso em 09 de abril de 2019.
BRASIL. Constituição da República Federativa do Brasil, promulgada em 05 de
outubro de 1988. Brasília: Casa Civil, Subcheia para Assuntos Jurídicos, 2016. Disponível em: <http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato2015-2018/2016/Lei/L13243.htm>. Acesso em 05 de março de 2019.
HONEYWELL. Hall Effect Sensing and Application. Freeport: Honeywell Inc., 2016. 121 p. Disponível em: <sensing.honeywell.com/Hallbook.pdf> . Acesso em: 09 de abril de 2019.
NASCIMENTO JÚNIOR, Amadeu. Robotização de uma cadeira de rodas motorizada: arquitetura, modelos, controle e aplicações. 2016. 122p. Monografia (Mestrado em Engenharia Elétrica). Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2016. Disponível em: 
<http://repositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/321685/1/NascimentoJunior_Amadeu_M.pdf>. Acesso em 05 de março de 2019.
O’MALLEY, John. Análise de circuitos. 2. ed. Porto Alegre: Bookman Editora Ltda, 2014. v. 1, 376p.
SILVA, O., OLIVEIRA, V., e VANZIN, M. Mybike: Um Computador de Bordo para Bicicletas de Baixo Custo. 22p. Universidade Federal do Amazonas. Disponível em:
<http://home.ufam.edu.br/lucascordeiro/ptr/projetos/relatorio-bike-final.pdf>. Acesso em 29 de maio de 2019.
ANEXO
Tabela 1 - Lista de materiais
	Materiais utilizados na fabricação da Cadeira de Rodas Motorizada
	Descrição
	Quantidade
	Preço
	Sensor De Tensão (voltagem) 0 - 25 Vdc Arduino/pic
	01 Unid.
	R$ 16,22
	Módulo Sensor De Corrente Acs712 30a Arduino Pic
	01 Unid.
	R$ 19,45
	Display Lcd 16x2 1602 Backlight Verde
	01 Unid.
	-
	Módulo Serial I2C para Display LCD Arduino
	01 Unid.
	R$ 24,25
	Placa Nano V3.0 + Cabo USB para Arduino
	01 Unid.
	-
	Sensor Hall DN6851
	01 Unid.
	-
	Kit 4 Fonte Chaveada 12V 30A 360W Cftv Fita Led Som Auto
	01 Unid.
	R$ 192,99
	Proteção Bms 18650 Li-ion 36V Para Bicicleta Elétrica 10s
	01 Unid.
	R$ 150,00
	Arduino Uno Rev3 R3 Atmega 328 Dip
	01 Unid.
	R$ 49,80
	Placa Fenolite 10x20
	01 Unid.
	R$ 14,00
	Percloreto
	01 Unid.
	R$ 22,00
	TOTAL
	
	R$ 488,71
Fonte: Autores, 2019