Detector de Gás GLP

1. Resumo

O “Detector de Gás GLP” é um projeto pensado por nós para estudo cientifico, além é claro, inclusão social. Com o intuito de proteger individuo(a) sinalizando de forma perceptiva, para provocar ações de prevenção contra riscos de acidentes domésticos. O projeto funciona da seguinte maneira: ele possui um sensor que detecta gases e emite sinais sonoros (bips), enquanto for detectado gases acumulados no ambiente.

Palavras-chave: proteger, acidentes, projeto, estudo cientifico, inclusão.

ABSTRACT

The "GLP Gas Detector" is a project designed by us for scientific study, besides of course, social inclusion. In order to protect individual (a) signaling in a perceptive way, to provoke actions of prevention against risks of domestic accidents. The design works as follows: it has a sensor that detects gases and beeps, while gases accumulated in the environment are detected.

Keywords: protect, accidents, project, scientific study, inclusion.

2. Introdução

A eletrônica tem seu papel fundamental quando tratamos de tecnologia e avanços tecnológicos, que são divididas em duas partes: a parte física ou circuitos eletrônicos e a parte logica ou softwares. O técnico de eletrônica tem que ser apto a dominar ou delegar essas duas ciências para ser bem-sucedido. Neste campo tecnológico existem infinitas possibilidades de tema para o projeto de conclusão de curso. Foi unânime entre os integrantes do grupo, escolher um tema e projeto em que seu desenvolvimento fosse voltado para a segurança das pessoas, livrando-as de risco de acidentes domésticos, danos à saúde e até mesmo vítimas fatais. Depois de alguns debates, foi escolhido o projeto “Detector de Gás GLP” por sua viabilidade econômica, material de fácil acesso, sua fácil inclusão na sociedade e por proporcionar um conteúdo de estudo, pesquisas e práticas para elevar o conhecimento do funcionamento dos circuitos e experiências, e o principal, de custo acessível a todas classes sociais, caso o projeto venha a ser produzido para disponibilização no mercado.

3. Tema e delimitação

Uso experimental, não comercial.

4. Metodologia

4.1. Objetivo Geral

A escolha de um projeto focado na proteção de indivíduos em suas residências.

4.2. Objetivos Específicos 

O Detector de Gás GLP, foi feito para uso doméstico com o intuito de gerar segurança e para aprofundarmos nossos conhecimentos no funcionamento dos circuitos utilizados no projeto.

4.3. Justificativa

Devido a inúmeras ocorrências de acidente caseiro envolvendo o botijão de gás, nos pareceu interessante desenvolver um projeto que pudesse auxiliar e diminuir as ocorrências de acidente com vítimas com lesões leves, graves e até fatais. Fazer o detector seria muito importante na segurança residencial, porque além de evitar acidentes ele pode ser implementado usando por exemplo a internet das coisas, para acionar aplicativos de sinalização em celulares ou até mesmo fazer um controle de corte de fornecimento de gás através de placa eletrônica e comando (programa) para quando for detectado o vazamento o corte seja feito automaticamente.

5. Fundamentação teórica

Neste capítulo apresentaremos as tecnologias utilizadas para o desenvolvimento do projeto “Detector de Gás GLP”.

5.1. Sensor de semicondutor MQ-2 para gás combustível

O material sensível do sensor de gás MQ-2 é SnO2 (Dióxido de Estanho), que possui menor condutividade em ar limpo. Quando o gás combustível alvo existe, a condutividade do sensor é mais alta, juntamente com a concentração de gás aumentando. Para usar o eletro circuito simples, converta a mudança de condutividade para corresponder ao sinal de saída de concentração de gás. O sensor de gás MQ-2 tem alta sensibilidade ao GLP, propano e hidrogênio. Também pode ser usado para metano e outro vapor combustível, possui baixo custo sendo adequado para diferentes aplicações.

5.1.1. Configuração

* Boa sensibilidade ao gás combustível em ampla gama
* Alta sensibilidade ao GLP, Propano e Hidrogênio
* Longa vida e baixo custo
* Circuito de condução simples

5.1.2. Aplicação

* Detector de vazamento de gás doméstico
* Detector de gás combustível industrial
* Detector de gás portátil

5.2. ARDUINO R3 (UNO)

5.2.1. Descrição

O Arduino Uno R3 é uma plataforma open-source de computação física, baseada em uma linguagem de programação que possibilita desenvolver projetos de automação residencial ou robóticos. A placa UNO pode ser utilizada para desenvolver objetos interativos e ambientes autônomos, basta conectá-lo a um computador para que junto de uma plataforma para download grátis, o usuário possa controlar ações e interações do seu projeto. Conhecido por ser uma placa de baixo custo, o Arduino Uno R3 permite fazer coisas realmente incríveis quando conectado a diversos tipos de acessórios, como, por exemplo, sensores, luzes, motores, entre outros. O Arduino Uno é o pai dos Arduinos, foi depois dele que o nome arduino ficou conhecido ao redor do mundo. Utilizá-lo é muito fácil, basta o usuário possuir o seu cabo USB, e o software para compilação de códigos. Deste modo, quando conectado em um computador poderá ser facilmente programado e podendo ser utilizado junto de acessórios como shields e módulos para aumentar sua funcionalidade.

5.2.2. Detalhes Físicos da Placa ARDUINO UNO R3

O que mais chama a atenção dos usuários amadores e projetistas nesse modelo é a grande disponibilidade de códigos e bibliotecas na internet, isso porque foi o modelo escolhido pela maior facilidade de conexão com as portas, além da possibilidade de substituição do microcontrolador responsável pela parte principal do seu funcionamento.

Para conexão possui 14 portas digitais ou GPIO (das quais 6 delas podem ser utilizadas como saídas PWM) e mais 6 portas analógicas com resolução de 10 bits. Conta ainda uma porta UART no padrão TTL de 5V, e outras duas portas para interrupção e suporte ao protocolo de comunicação SPI e I2C.

Ainda disponível junto a placa encontramos um plug p4 para fornecimento de energia externa e um conector do tipo USB AB para conexão com um computador ou notebook, por exemplo, além de contar com acesso imediato a todos seus pinos com o uso de jumpers do tipo macho.

Esses recursos permitem ao projetista um conjunto de ferramentas de hardware e de software para o desenvolvimento de soluções eletrônicas, a fim de resolver ou contornar as limitações dos equipamentos existentes no mercado.

5.2.3. Microcontrolador no ARDUINO UNO

Pois bem, tanto se fala nas incríveis possibilidades do Arduino Uno e na grande diversidade de portas e modos de conexão desse pequeno eletrônico, no entanto existe um cérebro por trás de todas essas funções e modos de execução: é o microcontrolador ATmega328. Ele é o verdadeiro elemento responsável pelas portas digitais e analógicas do Arduino, atuando de forma a gravar os códigos e executá-los exatamente no momento definido pelo operador anteriormente via programação. Para se ter uma ideia da velocidade deste micro controlador, é possível criar junto com ele e alguns componentes versões caseiras do “Arduino Standalone” sem maiores dificuldades, permitindo a utilização a compilação dos códigos de modo muito semelhante, além de apresentar compatibilidade total de bibliotecas.

5.2.4. Utilizações para do ARDUINO UNO

Com todos os esquemas de hardware e código-fonte estão disponíveis gratuitamente sob licenças públicas no site arduino.cc, o resultado foi que o Arduino Uno se tornou o mais influente hardware open-source dos últimos tempos.

Hoje há uma grande linha de projetos criados com base nesse pequeno microcontrolador, entre eles, bafômetros, cubos de LED, sistemas de automação doméstica, sistemas de segurança, robôs, entre outros. E como toda esta difusão foram criados diversos grupos para estudo e discussão na internet, o que ajudou ainda mais na difusão dessas informações, tornando-o cérebro de projetos de muitos estudantes e profissionais.

O Arduino Uno é muito utilizado em projetos de automação residencial, onde por meio de aplicativos para smartphones é possível o controle de equipamentos eletrônicos, como, por exemplo, ar-condicionado, lâmpadas, fechaduras elétricas, portões eletrônicos, entre outros.

5.2.5. Características

- Arduino Uno R3 Compatível;
- Sistema microcontrolado;
- Ideal para iniciantes junto a sistemas microcontroladores;
- Maior facilidade de uso;
- Ótimo relação de custo x benefício;
- Compatível com todo os sensores e bibliotecas do Arduino Uno Italiano;
- Mesma pinagem do Arduino Uno Italiano;
- Acompanha cabo USB AB p/ Arduino Uno;
- Garantia Legal de 90 dias (contra defeitos de fabricação);
- Acompanha cabo USB.

5.2.6. Especificações

- Modelo: Arduino UNO R3;
- Microcontrolador: ATmega328p;
- Tensão de funcionamento: 5V;
- Tensão de entrada (recomendada): 7-9V;
- Limite de tensão: 6 a 20 Volts;
- Saídas digitais I/O Pin: 14 (dos quais 6 oferecem saída PWM);
- Saídas analógicas 3.3V Pin: 6;
- Corrente DC por saída digital I/O Pin: 40mA;
- Corrente DC por saída analógica Pin: 50mA;
- Flash memory: 32Kb (ATmega328p) dos quais 0,5KB são utilizados pelo carregador de inicialização;
- SRAM: 2Kb (ATmega328p);
- EEPROM: 1Kb (ATmega328p);
- Clock Speed: 16MHz;
- Dimensões (CxLxA): 68x53x10mm;
- Peso: 55g. (com cabo)

5.3. LCD Keypad Shield / Shield LCD 16x2 para ARDUINO

5.3.1. LCD KEYPAD SHIELD

O arduino e sem dúvidas o circuito mais importante deste projeto pelas infinidades de opção que ele proporciona, mas sem o LCD perderíamos parte da beleza deste projeto, porque nele podemos perceber o projeto em funcionamento através das informações mostrada no visor.

O LCD Keypad Shield foi desenvolvido especialmente para aplicação junto ao Arduino, como o próprio nome sugere na forma de shield (escudo), propiciando encaixe rápido. É muito útil para quem precisa exibir informações junto ao projeto, que serão demonstradas no LCD em tempo real. Dentre as funções do Shield LCD 16x2 ou LCD Keypad Shield, podemos destacar sua utilidade no caso de projetos que trabalham com senhas ou ainda com algum tipo de menu que exija navegação, já que conta com botões seletores navegáveis. Importante mencionar que é possível definir variadas funções para os botões integrados junto ao LCD Keypad Shield, por exemplo, no caso de desenvolvimento de projetos robóticos nos quais é necessário controlar a direção que o robô irá seguir. Este Shield LCD 16x2 é constituído por um display LCD de 16 caracteres e 2 linhas (16x2), possuindo luz de fundo azul com um brilho que pode ser facilmente regulável através de um trimpot existente na parte superior esquerda do shield. Vale mencionar que dos botões do LCD Keypad Shield que se encontram logo abaixo da tela LCD, existem 5 que são customizáveis, ou seja, podem ser utilizados de acordo com a configuração que você programar por meio do Arduino.

5.3.2. Características

- Shield LCD 16x2;
- LCD Keypad Shield;
- Compatível com Arduino;
- Encaixe rápido;
- Dispensa a utilização de jumpers e protoboards;
- Luz de fundo azul com brilho regulável;
- 5 botões de comando e 1 botão reset.

5.3.3. Especificações

- Modelo: LCD Keypad Shield;
- Dimenções (CxLxA): 80x58x13mm;
- Peso: 54g.

5.4. Módulo Relé 5V 10A 1 Canal - SRD05

O Módulo Relé 5V 1 Canal SRD05 é um compacto módulo de acionamento que permite integração com um grande número de sistemas microcontroladores, dentre estes: Arduino, AVR, PIC, ARM, Raspberry PI, etc.

Por meio desta placa de acionamento (módulo relé 5V) é possível controlar 1 dispositivo de corrente alternada, de até 10A, como, por exemplo, lâmpadas, portões eletrônicos, ventiladores, etc. Mais precisamente, o Módulo Relé 5V 1 Canal auxilia no desenvolvimento de casas futuristas (projetos demóticos) onde é possível o acionamento de sistemas eletrônicos por meio de um aplicativo para smartphone. Podendo o sistema ser utilizado em conjunto com a ethernet shield, em que é possível controlar aparelhos elétricos via internet.

O Módulo Relé 5V SRD05 possui 1 relé, o que permite sua aplicação em 1 sistema independente, ou seja, pode ser utilizado para acionamento de 1 motor ou 1 lâmpada, ou o que lhe for mais conveniente. E sem precisar montar complicados circuitos, já que essa placa tem praticamente tudo o que é necessário: diodo, transistor, relé e conectores.

5.4.1. Características

- Módulo Relé 5V 1 Canal;
- 1 Relé;
- Compatível com Arduino, AVR, PIC, ARM, Raspberry PI, etc.;
- Controle AC/DC;
- Mais compacto;
- LED indicador de status;
- 4 Buracos de 3mm para fixação nas extremidades da placa.

5.4.2. Especificações

- Modelo: SRD05;
- Pinos: SIG/VCC/GND;
- Carga nominal: 10A 250VAC/ 10A 125VAC/ 10A 30VDC/ 10A 28VDC;
- Tensão de operação: 5VDC (VCC);
- Tensão de sinal: TTL 5VCD ;
- Saídas: Contato reversível NA (normal aberto), NF (normal fechado), C (comum);
- Corrente por canal: até 10A;
- Dimensões totais (CxLxA): 34x26,5x17mm;
- Peso com embalagem: 13g.

6. Planejamento e Desenvolvimento do projeto

O projeto foi elaborado inicialmente desenvolvendo um cronograma de trabalho onde, foi designado a cada participante do grupo um trabalho a ser executado.

6.1. Parte Eletrônica

A parte elétrica do projeto e relativamente simples tudo passa pelo Arduino UNO. No pino A1 do microcontrolador e feita a leitura em valor analógico no qual enviado pelo sensor MQ2 que varia sua leitura analógica mostrada no LCD de acordo com a concentração de gás, este valor e processado e enviado para saídas A2, A3.

Na saída A2, é acionado o buzzer avisando que existe um vazamento no local, a saída A3, acionara a ventilação e ao mesmo tempo o fechamento da válvula solenoide da entrada de gás, este, continuará acionado enquanto não receber o sinal de desbloqueio pelo usuário.

6.1.1. Alimentação

Alimentação principal e feita através de uma fonte cc de 12V/3A, na entrada do Arduino a tenção e reduzida para 5V através do Diodo zener no qual alimenta todo circuito.

6.1.2. Montagem Física

A montagem foi feita e colocada em uma caixa de roteador usada, todos os componentes se encontram alacados dentro da mesma com um painel frontal com um display de 3 polegar, no qual faz o monitoramento em tempo real das porcentagens dos gases do ambiente.

6.1.3. Desenvolvimento do Programa

O desenvolvimento do programa, foi criado da maneira mais simples possível para que seja de fácil interpretação para viabilizar o uso do projeto.

Ex: Pode se utilizar ele sem a necessidade do uso da saída de válvula somente com o buzzer ou habilitar mais sensores na entrada analógica.

6.1.4. Comandos da programação do Arduino

7. Problemas Encontrados

A princípio iriamos fazer o detector de gás com controle via internet shield, mas tivemos problemas em escrever o programa, uma das dificuldades encontradas pelo grupo foi desenvolver o software, onde tivemos problemas de conflitos, resolvemos então optar somente pelo detector de gás, tivemos problemas também em colocar o conjunto montado dentro da caixa de um roteador usado, levando a queimar o display LCD, que foi substituído para a solução do problema.

8. Considerações Finais

Chegamos à conclusão do projeto com alguns desafios, mas conseguimos encontrar soluções necessárias para a sua finalização.

O desenvolvimento do projeto “Detector de Gás GLP” contribuiu imensamente para o desenvolvimento educacional de todos os integrantes do grupo, conseguimos colocar em pratica o que foi aprendido em aulas de arduino, aprendemos a usar a tecnologias envolvidas de forma satisfatória e com muito entusiasmo, aprendemos a lidar com as dificuldades do dia-a-dia causadas pelo convívio em grupo, enfim fazendo assim dos pontos negativos e nossos insucessos, incentivo para chegamos à conclusão do projeto.

9. Referências Bibliográficas

MONK, SIMON. 2ª Edição, Programação com Arduino, começando com sketches, tradução, Antônio Laschuk, 2017 xvii, 182p.: il; 25 cm.

FELIPEFLOP: https://www.filipeflop.com/produto/sensor-de-gas-mq-2-inflamavel-e-fumaca/

USINA INFO: https://www.usinainfo.com.br/shields-para-arduino/lcd-keypad-shield-shield-lcd-16x2-para-arduino-2635.html

USINA INFO: https://www.usinainfo.com.br/reles/modulo-rele-5v-10a-1-canal-srd05-4763.html?search_query=RELE&results=100

USINA INFO: https://www.usinainfo.com.br/shields-para-arduino/lcd-keypad-shield-shield-lcd-16x2-para-arduino-2635.html

ROBOTICA FACIL: http://www.superrobotica.com/circuitos.htm

Por Anderson Xavier, Cícero Roberto Bonaldo, Claudemir Freitas Balbino, Daniel Coelho Gomes, Fernando Marcelo Galdino Pereira e Guilherme Cyrino.