Construindo o Arduino para o Scratch e sua caixa.

O SISTEMA ARDUINO 4 SCRATCH, PARA USO EM SALA DE AULA.

Após a aquisição de pontes H – L 298, para o controle de motores CC, mais alguns Arduinos Uno e conectores, a dificuldade a ser transposta era a caixa para armazenamento do sistema. A aquisição comercial de caixas para montagens eletrônicas, tornou-se uma problema nos últimos anos, de forma interessante, nos anos 80, do século passado, era comum encontrar tais caixas padronizadas, no comércio especializado.

No passado, já havia construído caixas em alumínio e em chapa de aço fina, pelo processo de dobra, utilizando madeira como matriz de dobra. O problema das caixas metálicas é a possibilidade de geração de curtos-circuitos indesejados. Plástico seria uma boa solução, mas este material é de difícil conformação (dobra) e tem como propriedade a dificuldade de junção por adesivos. O Kydex[1] é facilmente formatado a quente, estava disponível, mas o problema de junção por adesivos e o alto preço desestimulavam seu uso. A solução encontrada foi o Lexan, espécie de acrílico, muito resistente, transparente, com a facilidade de junção pelo uso de adesivos a base de ciano-acrilato (super-bonder) e disponível sob a forma de sucate de fábricas de aberturas para residências. O Lexan é um material utilizado em aplicações a “prova de balas” e em aplicações aeronáuticas, razoavelmente disponível e muito seguro.

A primeira tentativa foi na “caixa de comando”, descrita mais adiante, utilizando um soprador quente para amolecer e dobrar o Lexan, método anteriormente utilizado para fazer as caixas de alumínio. O resultado não foi satisfatório, apresentando um péssimo aspecto visual, pouco ajuste entre as peças (existência de folgas), marcas provocadas pelo aquecimento e trincas, posteriormente geradas.

Com a colagem facilitada, optou-se pelo uso de placas cortadas e unidas por cola. A construção deve ser seguida de lixamento das arestas, pois o corte pode proporcionar superfícies cortantes. Pode-se iniciar o processo pela utilização de uma lima para metais, seguido de aplicação de lixa d’água, em grão progressivamente mais fino. Uma regra para lixamento é o de dobrar o grão: se a lixa utilizada tinha grão #50, a próxima lixa deve ter grão #100 e a próxima deverá ser próximo a #200.

As placas podem ser cortadas com uma serra manual para ferro (cegueta), serra tico-tico fina, ou pelo processo normalmente utilizado em placas de circuito impresso, em que se utiliza uma ferramenta específica, cortante, para gerar sulcos em ambos os lados da chapa e após aplicando força de torção. As chapas de acrílico e Lexan são fornecidas com um filme plástico de proteção, que só deve ser removido no final da montagem, para proteger contra riscos.

Por ter acesso a uma lixadeira de cinta, as chapas foram cortadas em tamanho maior que o necessário, para posterior ajuste na lixadeira. A chapa frontal da caixa deve ter alguns furos feitos antes da montagem, para que se tenha acesso ao conector USB e ao conector de energia externa da placa Arduino, e para que o LED indicador e a chave liga-desliga sejam instalados. Os furos quadrados podem ser feitos com a serra para metais e furos de broca, onde a serra não pode ser trabalhada. Após, uma lima é usada para dar acabamento ao furo.

Fig.01 : Placa Frontal da Caixa para o Arduino para Scratch

As laterais, que acomodam os conectores, devem ser marcadas e furadas. Como os conectores adquiridos, para os sensores e atuadores, não dispunha de rosca de fixação em painel, a fixação foi feita com cola veda-calhas.

Fig. 02 : Furação para os conectores da placa lateral da caixa para o Arduino para Scratch.

Fig. 03 : Fixação dos conectores da placa lateral da caixa para o Arduino para Scratch.

Fig. 04 : Conectores da placa lateral da caixa para o Arduino para Scratch.

Fig. 05 : Placas da caixa para o Arduino para Scratch.

A montagem da caixa deve ser iniciada pela base e placa frontal, aplicando cola ciano-acrilato, em abundância, nas superfícies de contato. Deve-se observar o perpendicularismo das peças, com o auxílio de um esquadro. Após, as laterais são coladas.

Fig. 06 : Colagem da frente ao fundo.

Fig.. 07: Colagem das laterais da caixa.

Coloca-se as placas em seu lugar de instalação, verificando a correção das furações, e marca-se os pontos para colocação dos parafusos, na base, que fixam as placas.

Fig. 08: Verificação da posição das placas e marcação da furação.

Os furos para fixação das placas, na base inferior, devem ser escareados na parte externa, pra que a cabeça dos parafusos fique embutida.

Fig. 09: Detalhe do escárie da furação da base.

As placas são fixadas pelos parafusos, na base. Um pequeno pedaço de tubo plástico deve ser colocado entre a placa e a base, servindo de distanciador. Espaço deve ser previsto para a posterior instalação do inversor a transistores, que controla a placa de controle de motores CC. Na figura abaixo, espaço foi deixado acima da placa vermelha.

Fig.10 : Fixação das placas na base.

Os conectores para servo-motores e acessórios, devem ser alimentados com tensão positiva e negativa, e um cabo de interconexão deve ser instalado. Os conectores para os motores de CC não necessitam desta alimentação.

Fig. 11 : Cabo de interconecção de tensões, nos conectores de saída.

Devido a alta impedância das entradas, resistores pull-down de 100k Ohms devem ser instalados. A finalidade destes resistores é evitar a interferência de sinais espúrios nas entradas.

Fig. 12: Cabo de interconecção de tensões dos conectores de entrada e resistores pull-down.

O inversor a transistores é montado em uma placa de circuito impresso universal, utilizando soldas.

Fig. 13: Esquema elétrico do controlador de motores CC L298 e inversores a transistores.

Fig.14 : Placa de circuito impresso universal, do inversor a transistores.

Executam-se as conexões entre o inversor a transistores e o controlador de motores CC. Os fios de conexão do controlador com os motores e com a fonte de tensão, devem ter um diâmetro maior, para evitar as perdas devido a sua resistência. Os fios de conexão de sinal, entre o controlador de motores e o Arduino, podem ter menor diâmetro.

Fig. 15 : Conexão entre o inversor a transistores e o controlador de motores CC L298, vista superior.

Fig. 16: Conexão entre o inversor a transistores e o controlador de motores CC L298, vista inferior

Conecta-se o controlador de motores CC e o inversor, ao Arduino.

Fig. 17 : Conexão do inversor a transistores e o controlador de motores CC L298, com o Arduino.

Fig. 18 : Conexão do inversor a transistores e o controlador de motores CC L298, com o Arduino.

Fig.19 : Conexão do inversor a transistores e o controlador de motores CC L298, com o Arduino.

Fig. 20 : Conexão do inversor a transistores e o controlador de motores CC L298, com o Arduino.

Fig. 21 : Conexão do inversor a transistores e o controlador de motores CC L298, com o Arduino.

Fig. 22 : Conexão do inversor a transistores e o controlador de motores CC L298, com o Arduino.

Após as conexões, o funcionamento do sistema de acionamento dos motores de CC deve ser testado, e constatado o correto funcionamento, dá-se sequência á montagem, concluindo o fechamento lateral da caixa, conectando entradas e saídas.