fischertechnik Mobile Robots II Manual De Instrucciones página 63

3 Sensores e atuadores
Sabemos agora que o módulo mais importante do conjunto, a interface,
se "comunica" com o PC. A questão agora é, como os sinais do ambiente
podem ser registrados por nossa interface.
Vamos começar com as entradas. Na linguagem técnica as entradas ou
os sinais de entrada são freqüentemente chamados de Input. Para um
computador, que é exatamente o caso da Intelligent Interface, só existe
uma possibilidade de reconhecer e de processar os sinais elétricos. Portanto,
precisamos traduzir os estímulos ambientais para a linguagem do
computador. Assim todos os sensores são transformadores, que modificam a
"impressão" desejada em um sinal elétrico. Como não queremos seguir
"cegamente" as instruções de montagem, é interessante estudarmos as
características básicas dos sensores existentes.
Isso é tanto mais importante, quanto à interface mais tarde pode ser
complementada com novas aplicações que foram definidas por nós mesmos.
3.1 O interruptor como um sensor digital
Os simples níveis lógicos "0" e "1" podem
ser representadas por meio de um interruptor.
No sistema dos kits da fischertechnik são
utilizados interruptores mola de precisão com
contatos de duas vias.
A característica especial de um interruptor de
mola consiste em seu comportamento durante
a comutação. Durante um acionamento lento
e cuidadoso da tecla vermelha sentimos
claramente um ponto de resistência, e ao ultrapassar o mesmo, ouvimos um
pequeno ruído de estalo durante a mudança dos contatos. Soltando
lentamente a alavanca comutadora, será preciso "ultrapassar" o ponto de
ligação inicial, para que possamos reverter novamente a comutação. Esta
diferença entre a posição mecânica de liga e desliga é denominada his-
terese. A histerese de comutação de contatos e outras comutações elétricas
é uma característica muito importante. Se ela não existisse, ou seja, se o
ponto de ligação fosse igual ao ponto de desligamento, haveria grandes
problemas na interpretação de sinais. Minúsculas interferências, como uma
leve vibração no momento de comutação, seriam capaz de "simular" para a
interface vários acionamentos falsos do contato e conseqüentemente seria
impossível realizar uma contagem exata de eventos. O comutador é
projetado como um interruptor de duas vias. Assim podemos utilizar ambas
as possíveis posições iniciais durante os nossos experimentos, ou seja,
fechado na posição de descanso ou aberto na posição de descanso.
3.2 Identificação da luz com o fototransistor
No caso de um fototransistor trata-se de um
elemento semicondutor, cujas propriedades
elétricas dependem do grau de
luminosidade. Um transistor simples é um el-
emento com três conexões. Estas conexões
são identificadas como emissor, base e
coletor. Sua tarefa principal é a ampliação
de sinais fracos. Uma corrente fraca, que flui
de um sinal para a base do transistor, gera uma corrente muito mais forte
no coletor do transistor. A ampliação da corrente pode atingir fatores de
multiplicação acima de 1000. Entretanto, o fototransistor do kit possui
somente duas conexões. Onde ficou a terceira conexão?
Queremos identificar a luz com nosso transistor. Todo mundo conhece as
células fotovoltáicas, com as quais obtemos energia elétrica da luz solar. O
fototransistor deve ser compreendido como combinação entre uma célula
fotovoltaica em miniatura e um transistor. A conexão da base não é
conduzida para o exterior (por este motivo está representada com linhas
tracejadas na figura). No seu lugar, os impulsos luminosos captados (fótons)
produzem uma minúscula foto-corrente, a qual é ampliada pelo transistor e
disponibilizada para interpretação no coletor. Para que isto funcione
conforme a nossa descrição, o fototransistor precisa de um circuito externo
adicional. Como este está disponível na própria interface, podemos ficar
despreocupados quanto a isso. O fototransistor pode ser utilizado tanto um
como sensor digital, como também como um sensor analógico. No primeiro
caso ele destina-se à identificação de mudanças nítidas entre claro e escuro,
por exemplo, uma linha marcada. Também é possível diferenciar a
intensidade luminosa. Neste caso, o fototransistor funciona como sensor
analógico.
3.3 Emissão de sinais com a lâmpada
A lâmpada serve para a emissão de sinais de luz simples. E para continuar
usando uma linguagem técnica; a lâmpada transforma-se num atuador
ótico. A estrutura de uma lâmpada é bem simples. Dentro de um cilindro de
vidro e sob vácuo, encontra-se uma espiral de fio de tungstênio fino,
estendido entre dois pinos de conexão. Quando passa
uma corrente nesta espiral, o fio se aquece até ficar
incandescente. Pelo fato de não existir oxigênio no
cilindro, o fio não queima, e assim a lâmpada al-
cança uma longa vida útil. Em conseqüência do
grande esforço térmico da espiral incandescente, o fio
espiralado se expande cada vez que é a lâmpada é
ligada e se retrai ao ser desligada. Estes movimentos
mínimos provocam uma fadiga do material, até que algum dia a lâmpada
"queima".
Uma possibilidade de aplicação da lâmpada é a indicação de condições de
comutação. Por meio da programação de uma lâmpada piscando, podemos
também gerar avisos de alerta. Precisamos da lâmpada ainda num outro
caso. Juntamente com dois fototransistores forma-se um sensor especial,
cujas propriedades permitem a identificação de linhas. A lâmpada funciona
como fonte de luz, para que o fototransistor possa identificar uma marcação
de cores através das diferentes intensidades da luz refletida. Uma
característica especial da lâmpada do kit fischertechnik é a lente ótica
contida no cilindro de vidro. Esta permite concentrar o feixe de luz e assim
nós podemos, por exemplo, identificar marcações com maior confiabilidade.
3.4 Motores de corrente contínua como
fonte de força
Os motores de corrente contínua são importantes atuadores para os sis-
temas móveis. No kit "Mobile Robots II" estão disponíveis dois tipos distin-
tos de motores. A sua estrutura mecânica é bastante diferente, porém sua
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