A utilização de artefatos didáticos criados a partir de Resíduos de Equipamentos Elétricos e Eletrônicos (REEE) foi considerada viável e eficaz pelo trabalho de Andrade (2012), no qual ele criou e utilizou kits de treinamento a partir sucatas de equipamentos eletrônicos, entre eles o Kit Pêndulo Invertido. Por meio de uma análise deste kit, este trabalho propõe a implementação de melhorias a fim de prover um artefato didático para treinamento de estudantes de Engenharia de Computação. Neste trabalho foram implementadas melhorias de hardware e software. No hardware foram adicionados sensores de fim de curso para que fosse possível detectar as laterais e ainda uma interface de comunicação serial RS-232. O software de controle embarcado no Arduino foi aprimorado. Uma rotina de inicialização foi criada para determinar o ponto de partida do sistema, foi criada uma série de códigos de comando a fim de ampliar a interação do controlador cliente e ainda a uma nova forma de envio dos dados, sendo agora por requisição, foi definida. Serão apresentados testes realizados com o kit original e então apresentados os impactos que as melhorias propostas representaram para a utilização do kit definitivo.

1. MELHORIAS NO KIT EDUCACIONAL PÊNDULO
INVERTIDO MONTADO COM REEE
Ricardo Teixeira da Silva
Orientador: Sérgio Campello Oliveira
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2. Roteiro
• Motivação
• Objetivos
• O Pêndulo Invertido
• Análise do Kit Pêndulo Invertido
• Adaptação e Implementação das Melhorias
• Resultados
• Conclusão e Trabalhos Futuros
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3. Motivação
• Gerar recursos para aulas práticas
• Construir recursos com REEE
• Minimizar o custo de aquisição
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4. Objetivos e Metas
• Melhorar o Kit Pêndulo Invertido
• Criar uma etapa de inicialização
• Adicionar sensores de fim de curso
• Enviar dados por requisição
• Criar códigos de comando
• Adicionar uma interface RS-232
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5. O Pêndulo Invertido
• Proposta por Stephenson (1908)
• Kapitza (1951) explicou fisicamente o problema
Pêndulo de Stephenson-Kapitza Pêndulo Invertido com controle horizontal
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6. O Pêndulo Invertido
• Contexto Educacional
• Teorias devem ser explicadas por meio de
demonstrações experimentais (JUNG, 2011);
• Alunos de engenharia são mais propensos a serem
ativos do que os reflexivos (FELDER, 1988);
• Sistemas de pêndulo invertido têm sido utilizados
como o sistema de base experimental (JUNG, 2011).
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7. O Pêndulo Invertido
• Contexto Educacional
GLIP2001 da Googol Technology IP01 da Quanser
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8. O Pêndulo Invertido
• Aplicações Comerciais - Elektor OSPV1
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9. O Pêndulo Invertido
• Aplicações Comerciais - Double
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10. O Pêndulo Invertido
• Aplicações Comerciais - Segway
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11. Análise do Kit Pêndulo Invertido
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12. Análise do Kit Pêndulo Invertido
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13. Análise do Kit Pêndulo Invertido
• Hardware
• Montado a partir de Resíduos Eletrônicos;
• Utiliza a plataforma Arduino;
• Problemas com colisões;
• A correia e o motor podem ser danificados.
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14. Análise do Kit Pêndulo Invertido
• Software
• Simplicidade ao comandar o carro;
• Posição inicial determinada manualmente;
• Não identifica o fim-de-curso;
• Transmissão de dados continuamente;
• Apenas comandos de posicionamento.
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15. Adaptação e Implementação das Melhorias
• Diagrama de Estados
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16. Adaptação e Implementação das Melhorias
• Sensores de fim-de-curso
Sensor mecânico Sensor óptico
Sensor magnético
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17. Adaptação e Implementação das Melhorias
• Sensores de fim-de-curso
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18. Adaptação e Implementação das Melhorias
• Interface RS-232
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19. Adaptação e Implementação das Melhorias
• Inicialização do Sistema
• O carro é deslocado para a esquerda;
• Quando sensor é ativado, o carro para;
• Inicia-se então a centralização do carro.
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20. Adaptação e Implementação das Melhorias
• Requisição de Dados por Demanda
• Os dados dos sensores são enviados por
meio de requisição;
• Código de comando específico.
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21. Adaptação e Implementação das Melhorias
• Códigos de Comandos e Eventos
• Comandos de movimentação do carro;
• Comandos de controle;
• Códigos de configuração;
• Eventos e Exceções do Sistema.
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22. Adaptação e Implementação das Melhorias
Descrição Código Recebido Valor Enviado
Parar 0 -
Mover para Direita 1 à 255 -
Mover para Esquerda -1 à -255 -
Obter Dados 300
Novos dados: H,PL,VL,PA,VA
Dados Originais: H,SL,TSL,SA,TSA,EC,EP
Reiniciar 301 -
Receber Novos Dados 302 -
Receber Dados Originais 303 -
Redefinir Valores 304 -
Valores Configurados 305 C,PF,PD,LE,LD
Estado ESPERA - 400
Parada por fim de curso - 401
Comando Inválido - 402
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23. Resultados Alcançados
• Sensores de fim-de-curso
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24. Resultados Alcançados
• Interface RS-232 e Códigos de Comando
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25. Resultados Alcançados
• Inicialização do Sistema
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26. Resultados Alcançados
• Requisição de Dados por Demanda
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27. Conclusão
• O kit ficou mais resistente
• O motor é desligado nas colisões laterais.
• Dados enviados por requisição
• Evita que o canal serial fique congestionado;
• O cliente define quando quer os dados.
• Códigos de comando
• Permite saber o momento de uma colisão para que a devida
providência possa ser tomada;
• Tratamento de códigos inválidos ;
• É possível reiniciar o sistema através de um código.
• Interface RS-232
• É possível fazer o controle através dispositivos com este padrão.
• Diagrama de Estados
• Guia para a implementação do controle ou ainda outras melhorias
que sejam necessárias.
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28. Conclusão
• É possível utilizar o Kit Pêndulo invertido
como recurso didático em disciplinas do
curso de Engenharia de Computação
• Recursos montados com REEE podem
equipar laboratórios de cursos de Engenharia
de Computação
• Aproximar os alunos de problemas reais
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29. Trabalhos Futuros
• Atrito do carro com o eixo pelo qual este
deslizas
• Há a necessidade da fixação da estrutura de
madeira
• Acúmulo do valor da variável que representa
o disco codificado
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30. MELHORIAS NO KIT EDUCACIONAL PÊNDULO
INVERTIDO MONTADO COM REEE
Ricardo Teixeira da Silva
Orientador: Sérgio Campello Oliveira
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