Girassol eletronico 15-1

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
CAMPUS CURITIBA 
ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO 
 
 
 
GEOVANA FRANCO SANTOS 
GUILHERME JACICHEN 
JESSICA ISOTON SAMPAIO 
MARLON MATEUS PRUDENTE DE OLIVEIRA 
 
 
RELATÓRIO DE ATIVIDADES 
OFICINA DE INTEGRAÇÃO II 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
JULHO, 2015 
 
2 
GEOVANA FRANCO SANTOS 
GUILHERME JACICHEN 
JESSICA ISOTON SAMPAIO 
MARLON MATEUS PRUDENTE DE OLIVEIRA 
 
 
 
 
RELATÓRIO PARCIAL DE ATIVIDADES 
OFICINA DE INTEGRAÇÃO II 
 
Relatório elaborado na disciplina de Oficina de 
Integração 2 do curso de Engenharia da 
Computação, ofertado pelos Departamentos 
Acadêmico de Informática e de Eletrônica, do 
Campus Curitiba da Universidade Tecnológica 
Federal do Paraná. 
 
Orientador: Profº. Luciano Scandelari 
 
 
 
 
CURITIBA 
JULHO, 2015 
 
3 
1 RESUMO 
Neste trabalho é abordado o processo de fabricação de um dispositivo para 
captação de luz solar capaz de rastrear o movimento do sol de forma ativa através 
do uso de sensores de luz do tipo LDR. Para tanto, foram utilizados uma placa 
microcontrolada Arduino Uno, um motor de passo de 48 passos/revolução, um servo 
motor, sensores LDR e placa fotovoltaica montados em uma estrutura de madeira 
com dois eixos de rotação. Espera-se que com este dispositivo seja possível 
aumentar a eficiência na captação de energia solar alinhando o plano das placas 
fotovoltaicas de forma que os raios solares incidam perpendicularmente sobre ele. É 
um dos objetivos que o dispositivo gaste menos energia do que consiga captar, 
sendo necessário melhorar a maneira como ela é utilizada. 
 
Palavras Chaves: placas fotovoltaicas, rastreamento do sol, captação de luz, 
eficiência energética. 
 
 
4 
2 LISTA DE SIGLAS 
CAD Computer Aided Design (Desenho Auxiliado por Computador) 
CNC Comando Numérico Computadorizado 
IDE Integrated Development Environment (Ambiente de 
desenvolvimento Integrado) 
LED Light Emitting Diode (Diodo Emissor de Luz) 
LDR Light Dependent Resistor (Resistor Dependente de Luz) 
MDF Medium Density Fiberboard (Placa de Fibras de Densidade 
Média) 
MPPT Maximum Power Point Tracking (Rastreamento do Ponto 
Máximo de Potência) 
PCB Printed Circuit Board (Placa de Circuito Impresso) 
PWM Pulse Width Modulation (Modulação por largura de pulso) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
 
SUMÁRIO 
1 RESUMO ................................................................................................................................................. 3 
2 LISTA DE SIGLAS ...................................................................................................................................... 4 
3 INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................... 6 
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................................................ 7 
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA................................................................................................................... 9 
6 METODOLOGIA DE EXECUÇÃO ............................................................................................................... 12 
6.1 BASE ESTRUTURAL E PRINCIPAIS SENSORES ............................................................................................ 13 
6.2 HARDWARE ELETROELETRÔNICO ............................................................................................................ 15 
6.3 SOFTWARE ............................................................................................................................................. 20 
6.4 RESULTADOS .......................................................................................................................................... 25 
7 CONCLUSÕES ......................................................................................................................................... 26 
8 REFERÊNCIAS ......................................................................................................................................... 27 
 
 
6 
3 INTRODUÇÃO 
Na busca de formas renováveis de fonte de energia, destaca-se a energia 
solar dos outros processos de geração de energia elétrica existente por ser 
renovável, segura e independente. As placas captadoras de energia solar geram 
energia elétrica mesmo com a incidência indireta de luz, entretanto isto acarreta 
menor rendimento. Pensando numa maior absorção dos fótons pela célula 
fotovoltaica foi desenvolvido um dispositivo que tem como objetivo primário buscar o 
ponto onde a incidência da luz solar é máxima e, consequentemente, a geração de 
energia elétrica é máxima, ou seja, quando os raios solares são perpendiculares à 
placa. 
Esse dispositivo é formado por uma placa captadora de energia solar, que 
gera energia elétrica na presença de luz. Para o controle foi utilizado um sistema que 
é gerenciado por uma placa microcontrolada Arduino UNO. A obtenção dos dados 
de luminosidade é feita a partir de sensores de luz posicionados ao lado da placa 
captadora, e estes sinais são processados pelo Arduino para movimentar os motores 
na direção de maior luminosidade. 
 O sistema de movimentação é constituído de um servo motor e um motor de 
passo, ambos responsáveis pela movimentação da placa captadora, tanto no 
sentido longitudinal quanto no latitudinal, e um sistema de alimentação. A relação 
simplificada entre as partes do dispositivo está descrito na Figura1 a seguir. 
 
7 
 
Figura1Diagrama de blocos reduzido do projeto 
 
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
Dentre os vários artigos nesta linha de trabalho, foi encontrado principalmente 
duas abordagens para o aumento da eficiência energética da utilização de painéis 
solares: as abordagens que procuram corrigir o ângulo de incidência do sol e as 
abordagens que procuram encontrar o ponto de maior potência (métodos MPPT) da 
placa fotovoltaica. Em geral, os métodos de rastreamento do sol acabam sendo 
custosos e por isto são aplicados em regiões de média/alta produção, sendo sua 
manutenção igualmente custosa. Os métodos MPPT são utilizados devido a uma 
característica não-linear da relação entre potência, tensão, corrente e irradiação 
solar, o que acarreta em pontos de máximo que não necessariamente acompanham 
o ganho de tensão ou corrente (exemplo na Figura 2). As características elétricas do 
circuito são então monitoradas e mantidas de forma que a potência máxima possa 
ser mantida, mesmo com o painel fotovoltaico estacionário. (TAHERBANEH et. al, 
2010) 
 
8 
 
Figura 2 - Exemplo de curvas características de uma placa fotovoltaica, indicando os 
pontos de máximo para diferentes taxas de irradiação (retirado de TAHERBANEH et. al, 
2010, p. 2) 
A eficiência energética deste método é ótima, chegando a corresponder 95%, 
aproximadamente, do total esperado que fosse absorvido (em experimentos que a 
irradiação tem potência controlada) (WIEDJAJA et. al, 2014). Considerando que a 
melhora se originou apenas do controle interno de tensão e corrente, este método e 
o método de rastreamento do sol é muito promissor. Segundo (DHANABAL, 2013), a 
captação de energia de uma placa com liberdade em dois eixos para rotação pode 
ser até 81,68% maior do que aquela que não possui movimentação nas mesmas 
condições, enquanto que a eficiência de uma placa com liberdade em um eixo pode 
ser até 32,17% maior que a placa fixa. 
Existem diversas maneiras de criar a movimentação necessária para um 
painel solar acompanhar o movimento do sol. Os principais métodos são os métodos 
ativos, os métodos passivos e os métodos cronológicos. Métodos ativos verificam a 
posição do sol diretamente através de sensores como de luz e são razoavelmente 
precisos. Métodos passivos utilizam reações aos fenômenos de interesse,como a 
expansão dos gases nos pontos de maior calor devido a irradiação solar, para 
movimentar a placa em direção ao sol, porém não são muito precisos. Por fim, 
métodos cronológicos calculam a movimentação do sol conforme a data e o horário, 
utilizando as equações conhecidas do movimento do sol. São muito precisos, mas 
 
9 
fazem o rastreamento mesmo em tempo nublado, quando a luz está mais dispersa. 
(BARSOUM, 2011) 
Em métodos ativos, a maneira mais comum de se rastrear o sol é através do 
uso de pares de sensores de luz para identificar a posição do sol em cada eixo. 
Cada sensor indica a direção que a placa deve ser rotacionada e muitas vezes um 
sensor central é utilizado como condição de parada (BARSOUM, 2011). Existem 
outros métodos também, como a utilização de câmeras e outros tipos de sensores. 
 
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
O sistema de captação fotovoltaico utilizado produz energia através de células 
fotovoltaicas, onde cada célula é formada de um material semicondutor: o silício 
dopado, material capaz de conduzir elétrons quando incidido luz sobre ele. O efeito 
voltaico utilizado para a geração de energia utiliza a energia transferida dos fótons 
da luz solar, essa energia é transferida a elétrons livres e o movimento deles, por 
sua vez, gera uma corrente elétrica. A intensidade da corrente produzida pela placa 
captadora varia de acordo com a incidência de luz solar sobre ela, assim o 
movimento aparente do sol, durante o dia e durante o ano, precisa ser considerado 
para uma melhor rentabilidade na produção de energia elétrica. (Nascimento, 2004, 
p.13) 
Para uma maior absorção da energia, o dispositivo precisa se mover de 
acordo com os ângulos de variação dos raios solares, esses ângulos dependem do 
movimento da Terra em relação ao Sol (o ângulo azimutal, que indica a variação do 
ângulo de incidência do sol com relação ao norte da Terra, e o ângulo zenital, que 
indica a inclinação da normal da superfície da Terra com eixo de inclinação do Sol). 
Esses movimentos aparentes são principalmente dois, um é percebido pelo 
observador diariamente, que se dá pelo movimento de rotação da Terra e se 
relaciona com o ângulo azimutal. O outro é percebido anualmente e se relaciona 
com as estações do ano, e consequentemente ao movimento de translação da 
Terra, e da latitude associada ao local de experimentação e se relaciona com o 
ângulo zenital. Com estes dois ângulos é possível dizer com precisão a posição do 
 
10 
sol numa região em determinada hora do dia. (Nascimento, 2004, p.13; Emmanuel, 
2009) 
Durante o ano, na cidade de Curitiba, por exemplo, a uma latitude de 
aproximadamente 25° ao sul, o sol possui um ângulo de elevação máximo de 
aproximadamente 23 graus ao sul (por definição -23º, sobre o Trópico de 
Capricórnio) do equador celeste no solstício de verão, já no solstício de inverno o sol 
cruza o meridiano com um ângulo de elevação de aproximadamente 23 graus ao 
norte (por definição +23º). Isto significa que no solstício de verão, os raios solares 
incidem com um ângulo de 2º na superfície de Curitiba em relação ao seu zênite ao 
meio dia (25º da latitude da cidade menos 23º da inclinação zenital do sol). Já no 
solstício de inverno, haveria um ângulo de incidência de 48º (25º de latitude mais 23º 
do sol). (Silva, 2009, p.32) 
Pensando nessa variação angular o controle da placa captadora no sentido 
latitudinal deve ser de no mínimo +2º e no máximo +48º a variação do ângulo da 
normal da placa com relação ao eixo vertical. Essa escolha de ângulos se justifica 
pela abrangência de todas as possibilidades, em todos os dias do ano, sem precisar 
de um ajuste da resolução dos ângulos dos motores utilizados. Apesar disto seria 
interessante que o ângulo da placa podesse fazer uma movimentação simétrica no 
eixo horizontal, para que a movimentação no eixo vertical fosse menor (e assim 
haver menor flexão de cabos). Portanto, ângulos de -50º até +50º da normal em 
relação ao eixo vertical seriam interessantes. Para acompanhar o movimento 
azimutal, uma variação de 180º seria suficiente para acompanhar todas as direções 
do sol. (Silva, 2009, p.32) 
Foi utilizado neste trabalho dois tipos de motores: de passo e servo. O motor 
de passo consiste de um estator e um rotor, inseridos no seu interior e alinhados 
com seu eixo. O estator é constituído de vários pólos eletromagnéticos que são 
polarizados conforme o sentido da corrente que circula pelos eletroímãs. O rotor 
possui dois conjuntos de pólos magnéticos separados em duas seções ao longo de 
uma engrenagem. Os pólos, em cada conjunto, se parecem com os dentes de uma 
engrenagem. O segundo conjunto possui seus pólos deslocados meio dente em 
relação ao primeiro conjunto. Um conjunto tem os pólos norte do ímã permanente, e 
 
11 
o outro os pólos sul, como apresentado na Figura 3. O estator também possui 
eletroímãs em seu interior. (Pazos, 2002, pp 203) 
 
Figura 3 - Exemplo de motor de passo unipolar. 
Para girar um passo, é necessário uma corrente percorrer um conjunto de 
eletroímãs do estator, dessa forma, os pólos norte do rotor se alinharão com os 
pólos sul do estator, e vice-versa. Quando isto ocorre o rotor é obrigado a 
movimentar um passo para uma posição próxima. (Pazos, 2002, pp 204) 
Existem dois tipos de sequências utilizadas em motores passo: “meio-passo” 
e “passo-completo”. Uma sequência de passo completo é executada ao ativar 
apenas uma bobina de cada vez na sequência de rotação. As bobinas acionadas 
precisam ser adjacentes umas as outras, sendo que a ordem com que são 
acionadas define o sentido de rotação. A sequência de meio-passo que foi utilizada 
neste projeto consiste em dobrar o número de passos originais, adicionando um 
passo intermediário onde duas bobinas são acionadas simultaneamente, o que 
permite que o rotor se alinhe com seus pólos entre os pólos do estator, resultando 
em uma rotação de meio passo. A grande vantagem de utilizar a metade do passo é 
que o movimento é suavizado em virtude da redução na metade do ângulo de 
movimentação, e ainda mais forte porque ocorre a redução do torque (a medida que 
aumenta a velocidade o torque tende a baixar). Uma representação desta sequência 
pode ser encontrada como Máquina de estados da Figura 4. 
 
12 
 
Figura 4 - Máquina de estados de uma sequência de meio passo 
 
Já o motor Servo é capaz de ter sua posição controlada com precisão através 
de um sistema auxiliar. Este tipo de motor exige como entrada um sinal modulado 
por largura (PWM), que indica o ângulo que o motor deve se posicionar. O 
controlador deste motor é responsável por receber este sinal, que em seguida é 
enviado para um comparador e um amplificador, no interior da estrutura do motor, 
que realimentam o sistema para aumentar sua acurácia (Pazos, 2002, pp 208). 
 
6 METODOLOGIA DE EXECUÇÃO 
O método principal utilizado neste projeto para aumentar a eficiência na 
captação é o método de rastreamento. O dispositivo em questão consiste de um 
sistema para a movimentação de uma placa de captação de luz solar, de um sistema 
que controla esta movimentação e outro que armazena e que fornece energia 
elétrica para esses dois. Assim, a sequência lógica imediata para a implementação 
destas partes seria inicialmente confeccionar a placa de captação e sua estrutura de 
suporte, em seguida o sistema de alimentação, o sistema de movimentação e por 
fim o controle. Neste projeto, foi decidido que a confecção da placa fotovoltaica 
ficaria como implementação futura. Em seu lugar, foi adquirida uma célula 
fotovoltaica comercial. O projeto original pode ser encontrado na Figura 5. 
 
13 
 
Célula 
Fotovoltaica 
Sensores 
de luz 
Bateria 
Motor de Passo 
Servo Motor 
Arduino 
Fonte de Tensão 
Regulável 
Fonte de 
tensão 12V 
Driver de 
Corrente 
Sistema de Captação 
Sistema de Movimentação Sistema de Controle 
Sensores 
de fim 
de curso 
Sistemade Alimentação 
 
Figura 5 - Diagrama de blocos do projeto original 
 
6.1 BASE ESTRUTURAL E PRINCIPAIS SENSORES 
A confecção da estrutura de suporte, projetada em CAD, foi encomendada em 
estruturas de MDF e enviada para corte em uma retifica CNC por uma empresa da 
área. Com a estrutura cortada, a montagem não foi simples, pois algumas peças não 
encaixavam em seus devidos lugares, o que exigiu sua remodelagem. Outras peças 
que não haviam sido projetadas inicialmente foram adicionadas ao longo da 
execução do projeto, como uma adaptação com uma espiral plástica que serviu para 
melhorar a estabilidade na rotação horizontal, relacionada ao motor de passo. 
A estrutura de base consiste em duas chapas circulares que se sobrepõem. A 
placa inferior é fixa, enquanto a placa superior é móvel. O motor de passo é fixado 
na placa inferior e seu eixo é conectado na placa superior, e assim ela pode 
rotacionar ao longo do eixo vertical. Por cima da placa superior existem duas 
paredes triangulares verticais perfuradas no topo. A placa de captação possui um 
eixo que fica livre para girar e outro que é fixado no servo motor. O servo motor é 
 
14 
fixado em uma das paredes verticais e, na outra parede, é encaixado o eixo livre da 
placa. Portanto a placa possui liberdade para girar ao longo do eixo horizontal 
enquanto o servo motor puder rotacionar. Um esquema simplificado pode ser 
encontrado na Figura 6. 
 
Figura 6 - Esquema da estrutura utilizada. 
A placa captadora de energia solar consiste de uma placa de MDF com cinco 
LDR’s fixados e uma célula fotovoltaica. Para a máxima captação de energia solar, 
utiliza-se dois motores e um microcontrolador, o Arduino UNO R3. Os LDRs são 
inseridos em cinco direções diferentes. O conjunto de sensores mais os motores são 
utilizados para inclinar a placa em direção a máxima incidência de raios solares . O 
primeiro motor, o servo, de aspecto leve, é utilizado para girar a placa no eixo 
vertical. O segundo trata-se de um motor de passo do modelo PM55L 048 HP69, 
que é utilizado para a rotação horizontal da estrutura. O giro correto é determinado 
pelas respostas dos LDRs, que são interpretadas pelo Arduino para o controle dos 
motores. A disposição dos LDR’s é mostrada na Figura 7, e podemos associar pares 
de LDR’s com o eixo do movimento de sua influência, sendo que o par superior e 
inferior se associa com o movimento de rotação no eixo horizontal e o par esquerdo 
e direito se associa com o movimento de rotação no eixo vertical. Os LDR’s laterais 
possuem uma inclinação de aproximadamente 45º. 
 
15 
 
Figura 7 - Disposição dos sensores na placa de captação. 
 
Os sensores de fim de curso são posicionados na placa circular fixa (ver 
Figura 6) de forma que um fique no extremo oposto do outro nas bordas das 
circunferências. Com uma pequena haste qualquer fixa na base móvel (neste caso, 
um prego) eles são acionados por esta base quando a haste bate no sensor. Assim 
é possível manter o intervalo de movimentação dentro de 180º, o que permite 
manter a integridade dos cabos que conectam a parte fixa com a móvel. 
 
6.2 HARDWARE ELETROELETRÔNICO 
Na placa móvel captadora de luz foi utilizado dois tipos de motores: para a 
base da estrutura um motor de passo e para a movimentação vertical da placa 
fotovoltaica um motor servo. Foi colocado o motor servo na parte superior por causa 
de suas dimensões reduzidas (menor resistência a grandes cargas). Por outro lado, 
a razão da escolha do motor de passo na base da estrutura é, segundo Pazos, 
explicado por certas características do próprio motor como o alto torque que pode 
exercer com baixas velocidades, de maneira que faz com que o motor seja 
adequado para a movimentação de grandes pesos a velocidades reduzidas (Pazos, 
2002, pp 193). A sequência de passos utilizada foi de meio passo, e foi projetada 
 
16 
uma máquina de estados da Figura 4 para determinar a lógica da sequência de 
passos no microcontrolador. Nesta máquina, cada dígito representa um 
enrolamento, sendo representando os enrolamentos adjacentes em ordem. A 
sequência mostra como é possível obter uma rotação anti-horária (setas mais 
internas) ou uma rotação anti-horária (setas mais externas). As transições do estado 
de cada enrolamento são projetadas utilizando mapas de Karnaugh. 
Como a corrente necessária para controlar o motor de passo costuma ser 
mais elevada do que a placa microcontrolada pode fornecer, o driver ULN2074b é 
utilizado em conjunto com um arduino UNO R3, capacitores e resistores, para 
controlá-lo. Este driver é importante mediador de sinais (pulsos elétricos) entre o 
arduino e o motor de passo. Ele consiste de quatros pares de Darlignton (dois 
transistores -componentes semicondutores- amplificando a corrente um do outro). 
Estes motores ou atuadores (em razão de transformarem algum tipo de 
energia em outro tipo de energia), não funcionam sozinhos e precisam ser montados 
em conjunto com outros componentes em um circuito elétrico. Dessa forma, 
abrange-se outros conceitos como os relacionados aos diodos, aos reguladores de 
tensão, aos drivers, aos microcontroladores (neste caso relacionado ao Arduino), 
aos transformadores, aos capacitores e, por fim, relacionados aos sensores. 
Neste projeto foi feito uso extensivo de semicondutores. Estes elementos são 
geralmente constituídos de materiais como silício e o germânio dopados com 
impurezas que os fazem adquirir propriedades elétricas positivas (recebem elétrons) 
ou negativas (doam elétrons) quando estimulados de alguma forma própria. O 
primeiro uso destes materiais que se pode mencionar seria a confecção das células 
fotovoltaicas, onde o estimulo fotoelétrico da luz no painel permitiria o aparecimento 
de uma diferença de potencial entre cada terminal do tipo P e do tipo N das células. 
O diodo também é um semicondutor, onde o campo elétrico gerado entre os 
terminais P e N estimulam o aparecimento de uma corrente de elétrons (mas apenas 
no sentido N para P, causando uma alta impedância para o outro sentido). O mais 
importante dos semicondutores seria o transistor (um tipo de componente 
amplificador de corrente), que permitiu a origem dos circuitos digitais que existem 
atualmente. Uma destas categorias de circuitos é o microprocessador, um 
 
17 
componente capaz de responder nas suas saídas à entradas de forma programável. 
(Pedroni, 2008, pp 2, 3, 181). 
O Arduino é também chamado de plataforma de computação física ou 
embarcada, que permite interação com o ambiente por meio de hardware e software 
(McRoberts, 2011, pp 22). A placa do arduino é composta de um microprocessador 
Atmel AVR, um cristal ou oscilador (que envia pulsos em uma frequência 
especificada, para permitir as operações feitas em velocidades corretas) e um 
regulador linear de 5 volts. Também, o Arduino possui um conector USB que permite 
o usuário utilizar a IDE do Arduino no computador, para fazer uploads de programas 
que controlam um motor de passo, por exemplo (McRoberts, 2011, pp 24). 
O Arduino possui 14 pinos digitais que podem ser configurados como Entrada 
e Saída de dados, os mesmos são numerados de 0 à 13. Quando se configura um 
pino digital como saída, o mesmo se encontrará em estado de baixa impedância, 
dessa forma o pino poderá fornecer ou drenar corrente para um circuito externo, a 
corrente máxima que um pino pode fornecer ou drenar é de 40 mA, e a soma das 
correntes não pode ultrapassar 200 mA. (ARDUINO SUPPORT, 2015) 
As entradas digitais só podem assumir dois estados, “HIGH” (ou “1”) e “LOW” 
(ou “0”), ou seja, 0V ou 5V. Dessa forma só é possível reconhecer apenas dois 
estados. Além dos 14 pinos digitais, ele possui 6 pinos analógicos, que lêem a 
variação da tensão em tempo real, e o microcontrolador trabalha internamente com 
dados digitais, por esse motivo, é necessário traduzir o sinal analógico para um valor 
digital, a conversão é feitapela equação: 
𝑉
2𝑛
 
Onde “V” é a tensão de referência do conversor e “n” é o numero de bits do 
conversor, exemplo: 5/1024 = 4,89 mV, esse seria o valor de degrau para uma 
conversão em 10 bits com referência em 5 V. Com isso o valor retornado estará na 
faixa de 0 a 1023 conforme o valor presente no pino. O conversor analógico digital 
do Arduino possui 210 bits (SOUZA,2015). 
 Reguladores de tensão são dispositivos que mantém a tensão constante em 
seus terminais, permitindo mais segurança para o circuito. Neste projeto foram 
 
18 
utilizados dois tipos de reguladores: LM7812 e LM317. Segundo o catálogo 
Datasheet, estes reguladores de tensão são utilizados amplamente nos circuitos que 
requerem o uso de uma corrente inferior a 1A. O LM7812 oferece para o circuito 
uma tensão fixa de 12V enquanto o LM317 fornece uma tensão que pode ser 
regulada com um potenciômetro. A tensão regulável ajudará a encontrar a tensão 
ideal para alimentar o motor de passo. 
Utilizando um transformador para reduzir a tensão, pode-se com o uso de 
capacitores de filtro, dos diodos (em forma de ponte retificadora) e dos reguladores 
de tensão criar fontes de tensão que podem alimentar tanto circuitos digitais quanto 
o Arduino. 
 O sistema de alimentação utilizado neste momento é uma fonte de tensão para 
várias aplicações montados pelos alunos em outra disciplina, que dispõe de um 
transformador de 18+18V, reguladores de tensão de 5V, 12V e um regulador de 
tensão positiva variável de até 35V, além de outro regulador variável semelhante 
que fornece tensão negativa até -35V. A fonte é capaz de fornecer uma tensão até 
um valor um pouco menor que a tensão de pico do secundário do transformador 
(25V), chegando em 22V (44V se utilizado a fonte negativa como terra). Utiliza-se o 
regulador de 12V para alimentar o sistema de controle enquanto o regulador variável 
ajustado em 22V para o motor de passo. Esta fonte será utilizada enquanto não for 
definida a tensão ideal para operar o motor de passo (que alie baixo consumo e 
forneça o torque necessário para mover a estrutura), posto que uma fonte dedicada 
seria mais interessante. A Figura 8 exibe o esquema elétrico das fontes utilizadas 
neste projeto. Apesar de o intuito final ser ligar estes reguladores numa bateria, para 
efeito de teste foi utilizado energia elétrica da rede de distribuição. 
 
19 
 
Figura 8 - Esquema elétrico das fontes de tensão. 
 
 Contudo, conforme o modelo do projeto, a placa fotovoltaica deve captar a 
máxima potência luminosa de qualquer feixe de luz em um determinado ambiente. 
Para isso, foi utilizado um 5 sensores de luz denominados LDR, ou resistores 
dependentes da luz, presos na placa de forma que ficou um componente em cada 
canto e outro no meio. Esse componente é baseado no efeito fotoelétrico, descrito 
por Einstein, que afirma que alguns materiais geram energia elétrica quando 
estimulados pela luz. Na prática, nota-se que quanto maior a intensidade de energia 
luminosa sobre o LDR, menor sua resistência. Para a fabricação deste material é 
utilizado o cádmio. Essa substância é depositada sobre uma base inerte. Este 
conjunto é encapsulado numa pastilha de metal com uma janela transparente. Logo, 
a mudança na resistência do LDR, quando seus extremos estão conectados a 
terminais elétricos, dependera a intensidade luminosa incidente sobre o conjunto 
(Pazos, 2002, pp 174 e pp 175). 
Para deixar as ligações elétricas e eletrônicas mais robustas, foi desenvolvida 
uma placa de ligação utilizando uma PCB padrão, juntando todos os principais 
 
20 
componentes aqui descritos da forma como o esquema da Figura 9 mostra de forma 
simplificada. Na placa montada ficam o Arduino, os resistores e o driver ULN 2074B, 
enquanto os outros componentes são conectados na placa através de cabos. 
 
Figura 9 - Esquema de ligação dos componentes eletrônicos 
 
Por fim, pode ser verificada também a possibilidade de se utilizar um LED 
como sensores de luz. LED’s são diodos em que o efeito da passagem de corrente 
acaba emitindo uma radiação eletromagnética, normalmente no espectro visível 
(luz). Acontece que é possível verificar o efeito oposto, em que a incidência de luz 
(com espectro próximo do que o LED foi projetado para emitir) cria uma diferença de 
potencial nos terminais. Este efeito será explorado nas etapas finais do projeto 
(MIMS, 1992). É importante notar, no entanto, que o LED é sensível à apenas 
determinadas faixas, e estas devem ser bem selecionadas para evitar que o 
dispositivo perca sensibilidade de uma faixa de valores considerável. 
 
6.3 SOFTWARE 
A execução do software do Arduino envolve duas etapas, a chamada etapa de 
“setup” e a etapa “loop”. Os códigos gravados em “setup” são inicializados logo após 
 
21 
a inicialização básica do sistema e são utilizados para configurar o microcontrolador 
antes da execução do código cíclico, como definir o modo de operação de pinos, 
definir a taxa de transferência de dados da porta serial e quais dispositivos de 
entrada/saída serão utilizados para mandar mensagens internas. O código gravado 
em “loop” será executado ciclicamente, conforme a velocidade do processador, e 
pode-se dizer que é a parte principal do código. O algoritmo principal se baseia nas 
entradas obtidas pelos sensores LDR e a partir de uma análise consegue decidir 
qual o melhor ajuste de posição, latitudinal ou longitudinal. A gravação é feita pelo 
terminal USB da placa, com auxílio de um software específico e um computador 
pessoal. 
 O Arduino controla os dois motores nos mesmos ciclos de “loop” (ciclo de 
tarefas). Entretanto, como os algoritmos foram desenvolvidos separadamente e 
depois unidos, é mais fácil representar estes algoritmos em diagramas próprios, já 
que a execução de um não interfere diretamente na execução do outro. Portanto o 
fluxograma do algoritmo para o controle do motor de servo está na Figura 10, 
enquanto o fluxograma para o controle do motor de passo esta na Figura 11. 
 
22 
 
Figura 10 - Fluxograma de controle do movimento ao longo do eixo horizontal 
 
23 
 
Figura 11- Fluxograma de controle do movimento ao longo do eixo vertical 
 
24 
 Existem poucas diferenças entre os dois algoritmos, sendo que elas consistem 
principalmente da maneira como se controla o servo motor e o motor de passo. 
Enquanto é possível utilizar uma biblioteca do Arduino para controlar o servo motor 
(esta biblioteca já implementa as funções para envio de sinal PWM), a biblioteca 
para controle do motor de passo não se adequava as necessidades de projeto por 
não possuir opção para controle do tipo de passo utilizado (sendo o meio passo o 
objetivo), além de aparentemente ele não poder controlar de forma satisfatória um 
motor unipolar. 
 Por causa desta dificuldade com o motor de passo, foi criado uma 
implementação própria para controlá-lo, que consiste numa função que realiza uma 
série de operações booleanas para atualizar os estados de cada enrolamento com 
base na máquina de estados da Figura 4. Como existem quatro enrolamentos, 
quatro estados são criados. A partir do uso de tabelas de Karnaugh, foram 
encontradas para cada estado as transições contidas na Equação1. Nela, On 
representa a variável de estado atual do enrolamento n, An representa a variável 
auxiliar do estado n que será atualizado e I é o parâmetro que define o sentido da 
rotação (horário ou anti-horário, depende da forma como os enrolamentos são 
ligados aos pinos de saída). 
Equação1 Equações booleanas para a máquina de estados utilizada 
𝐴0 = 𝑂1 × 𝑂2 × 𝐼 + (𝑂4 × 𝑂3 × 𝐼 ) 
𝐴1 = 𝑂2 × 𝑂3 × 𝐼 + (𝑂1 × 𝑂4 × 𝐼 ) 
𝐴2 = 𝑂3 × 𝑂0 × 𝐼 + (𝑂2 × 𝑂1 × 𝐼 ) 
𝐴3 = 𝑂0 × 𝑂1 × 𝐼 + (𝑂4 × 𝑂3 × 𝐼 ) 
 
Pela observação das equações anteriores é possível montar uma fórmula 
empírica, descrito na Equação 2, que descreve estas equações.Neste caso, n é 
considerado pertencente ao conjunto dos resíduos dos números inteiros módulo 
quatro, e operações sobre ele seguem regras da aritmética modular (com módulo 4). 
 
 
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Equação 2 Fórmula empírica para as transições dos estados 
𝐴𝑛4 = 𝑂 𝑛+1 4
 × 𝑂[𝑛+2] 4
 × 𝐼 + 𝑂[𝑛−1] 4
 × 𝑂[𝑛−2] 4
 × 𝐼 , 𝑛 ∈ 𝒁/4𝒁 
 
6.4 RESULTADOS 
Até o momento o projeto apresenta uma estrutura montada pronta para que 
seja feita a ligação elétrica dos componentes. Nem todos eles foram ligados. As 
tarefas que ainda não foram completadas: 
1. Confecção de um software protótipo, utilizado para testar os motores na 
estrutura; 
2. Testes para verificar as condições em que os motores podem operar em 
segurança, sem danificar a estrutura e as ligações eletroeletrônicas; 
3. Ligação da placa fotovoltaica com o circuito para carregamento da bateria; 
4. Testes para aumentar a eficiência no uso de energia do dispositivo, 
desenvolvimento da versão final do software. 
 
Um modelo completamente funcional ainda não estava disponível até a 
confecção deste relatório. Até o momento apenas o movimento ao longo do eixo 
vertical foi implementado no dispositivo. Foram encontrados problemas com o 
cabeamento, além de contratempos menores com o circuito confeccionado, portanto 
o movimento horizontal não pode ser testado ainda. 
Um ponto que deve ser discutido também é a independência do dispositivo de 
outras fontes de alimentação. Até o momento não é possível fazer o projeto 
funcionar sem uma fonte externa de alimentação devido à fato de haver apenas uma 
placa fotovoltaica de 5V. Como seria necessário uma tensão de aproximadamente 
12V para o controle e um pouco mais para o motor de passo, necessitaríamos de 
baterias que fornecessem esta quantidade de tensão. Isto acarretaria num sistema 
que fornecesse aproximadamente 15V para as baterias poderem ser carregadas, e 
portanto seria necessário mais duas placas fotovoltaicas. Infelizmente os requisitos 
 
26 
de tensão foram modificados desde o momento que fora feito o pedido da placa, e 
uma nova não chegaria a tempo de terminar o projeto no prazo. 
 
7 CONCLUSÕES 
O projeto foi criado com o intuito de aproveitar a captação da energia solar de 
forma eficiente. Seguindo o percurso do sol para obter uma melhor eficiência 
comparada às placas solares domésticas, o projeto se comportou bem; porém, como 
no experimento foi utilizado apenas uma placa fotovoltaica de 5V, o circuito não 
conseguiu se sustentar sozinho, e não houve oportunidade para estudar uma forma 
de deixar o Girassol Eletrônico em stand-by (para poupar energia). Foi estudada 
também uma forma de utilizar LEDs como sensores de energia solar, mas o mesmo 
não é tão sensível como um LDR; além disso, houve dificuldades em adaptar o 
código para funcionar com LEDS, então a ideia foi abandonada por não haver uma 
perspectiva de melhora dos resultados. Contudo, na visão da equipe, o projeto está 
em vias de ser um sucesso: os LDRs em conjunto com os motores e o Arduino 
funcionaram perfeitamente quando testados em separado, faltando apenas a ligação 
do conjunto para completar o protótipo. 
 
 
 
27 
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