domingo, 12 de janeiro de 2020

Aplicação da plataforma de prototipagem Arduino nas disciplinas de Projeto Articulador e Inovação da Faculdade Pentágono.


FAPEN ON-LINE. Ano 1, Volume 1, Série 12/01, 2020.



Prof. Esp. Marcos Fernandes de Souza
Graduado em Engenharia de Controle e Automação - UNIABC.

Graduado em Mecatrônica Industrial - SENAI.

Especialista em Docência no Ensino Superior - SENAC.
Prof. Esp. Vlamir Belfante
Bacharel em Direito - UNIA.

Graduado em Tecnologia em Microprocessadores e Automação 

Industrial - UNIA.

Especialista em Softwares de 

Microcomputadores.





RESUMO: O objetivo deste artigo é abordar a utilização da placa de prototipagem Arduino dentro da disciplina de projeto articulador e os benefícios que foram advindos desde a implantação dos cursos politécnicos da Faculdade Pentágono. Será mostrado o estudo e resultados de alguns projetos realizados pelos alunos. A construção de protótipos mecatrônicos tem sido facilitadora do aprendizado , pois o Arduino  possibilita uma maior flexibilidade e rápido desenvolvimento do projeto devido sua arquitetura de funcionamento. Os professores e os alunos discutem inicialmente a construção de um projeto mecânico no módulo correspondente, posteriormente incrementada a automação. Os melhores resultados foram obtidos por meio da utilização da placa de prototipagem Arduino. Portanto, serão mostrados alguns trabalhos finais que se utilizaram dessa tecnologia; e será analisado e discutido a respeito de dois projetos feitos em 2018 pelos alunos de mecatrônica.

PALAVRAS-CHAVE: Placa de Prototipagem, Arduino, Projeto Articulador, Inovação, Tecnologia, Eletrônica, Mecatrônica.


ABSTRACT: The purpose of this article is to address the use of the Arduino prototyping board within the articulation design discipline and the benefits that have been achieved since the implementation of the Polytechnic courses at the Pentágono College. The study and results of some projects carried out by the students will be shown. The construction of mechatronic prototypes has been facilitating learning, as the Arduino allows greater flexibility and rapid development of the project due to its operating architecture. Teachers and students initially discuss the construction of a mechanical project in the corresponding module, later on increased automation. The best results were obtained through the use of the Arduino prototyping board. Thus, it will be analyzed and discussed regarding two projects made in 2018 by mechatronics students.

KEYWORDS: Prototyping Board, Arduino, Articulation Project, Innovation,Technology, Electronics, Mechatronics.



1. Introdução.

A concepção do Arduino ocorreu na cidade de Ivrea na Itália no ano de 2005, por um grupo composto de cinco  pesquisadores:  David Cuartielles,  Massimo Banzi, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis.

O objetivo era construir um dispositivo que fosse funcional, barato e fácil de programar; acessível a estudantes e projetistas amadores, uma vez que os dispositivos oferecidos no mercado eram mais caros e mais difíceis de programar.

Logo, devido a todas essas facilidades, o Arduino se popularizou entre os estudantes e projetistas amadores devido a possuir um código aberto e versatilidade de hardware e programação (EVANS, NOBLE, HOCKENBAU, 2013).

No estudo que realizamos, aproveitamos essas características para ajudar os alunos do curso de mecatrônica a desenvolver seus projetos de forma mais eficaz.

Os alunos do curso residem em uma metrópole industrial, trabalham e estudam, não tendo dificuldade de adquirir materiais de primeira linha para o desenvolvimento da automação pretendida.

Um dos problemas a ser resolvido para facilitar o aprendizado dos alunos é ter disponível uma ferramenta de desenvolvimento de custo baixo e de fácil aplicação para a execução dos projetos.

No estudo que será mostrado sobre alguns trabalhos e projetos prontos, veremos como foi desenvolvida uma sistemática para atingir este objetivo.


Na figura 1, podemos ver o hardware e a placa de prototipagem.

Figura 1: Placa de prototipagem Arduino.

Este sistema é constituído basicamente de pinos de entradas e saídas, onde podem ser conectadas as entradas constituídas de alguns componentes como: botões, sensores, chaves.

Já nas saídas, podemos ter: relés, lâmpadas, leds, displays, e outros componentes necessários, dependendo do objetivo do circuito em tela.

Desta forma, o projetista (engenheiro, aficionado ou técnico poderá realizar sua montagem de acordo com o software de comando.

O coração do sistema é composto por um microcontrolador com arquitetura RISC (reduced instruction system code), com boa capacidade de processamento na velocidade de uma instrução a cada instante).

Pode realizar e executar diversas aplicações que existem no mundo real, em microssegundos.

Atende dessa forma os programas de elaboração mais exigentes. Outra vantagem é que não é necessário gravadores ou fontes de alimentação especiais.

Através da própria porta USB pode ser feito tanto a gravação do programa como a alimentação pelo computador.

Caso seja necessário uma maior corrente de alimentação, pode ser adicionado em um pino especial um valor de tensão entre 7 à 9V.

Depois, sendo necessário, o projeto pode ser feito em uma placa dedicada, o microcontrolador pode ser inserido em um hardware específico.(BANZI, SHILOH, 2015).


2. Metodologia aplicada na pesquisa.

Foram realizados, para exemplificar, dois estudos de execução de projetos que serão descritos na seção 3.

Os grupos fizeram um projeto mecânico, onde as competências de formação de um técnico ou tecnólogo são exploradas por meio da construção real de protótipos.

Diversas habilidades são desenvolvidas, tais como: programação baseada em algoritmos, desenvolvimento de hardware com tecnologia embarcada, projeto eletroeletrônico, segurança de máquinas e equipamentos, trabalho em equipe.

Algumas dessas habilidades passam por disciplinas específicas.


No caso da programação de hardware, as placa Arduino trazem algumas vantagens:

·         Tempo de projeto reduzido;
·         Ambiente de programação amigável;
·         Fácil integração com outros tipos de hardware e softwares;
·         aquisição de componentes no mercado facilitada;
·         baixo custo de implementação;
·         rápido aprendizado da tecnologia.


Obviamente, no mercado existem outras soluções já consolidadas, por exemplo: CLP (controlador lógico programável).

Porém, o foco no aprendizado dos alunos, penando na eficácia e no controle dos custos para os educandos, torna a solução elegante.

Desta forma, a aplicação da placa Arduino tem trazido grandes vantagens para os alunos e professores, possibilitando um contato com dispositivo que poderá ser encontrado no dia a dia do profissional, apenas mudando algumas características operacionais.

O docente pode sugerir aplicações com maior complexidade para o treino do aprendiz, visto que o tempo de aprendizado é mais rápido (STEVAN, SILVA, 2015).


3. Resultados e discussão.

Foram trabalhadas duas aplicações reais, realizadas por dois grupos de alunos do curso politécnico em mecatrônica da Fapen (Faculdade de Tecnologia Pentágono).

Nestes exemplos, veremos as fases de desenvolvimentos que foram seguidas para chegar no resultado final da automação dos projetos construídos no módulo de sistema mecânico.

No qual os educandos projetam e realizam a construção de protótipo com ênfase nas disciplinas de mecânica.

Não é exigida a automação neste momento, muito embora alguns grupos avancem neste sentido.

3.1 Betoneira Articulada Via Bluetooth (B.A.V.B).
Tabela 1: Integrantes do grupo
                                                            Alunos                                             
  1                                                       Enzo de Souza Nunes                                  
  2                                                       Fillipe Marcel Maresch                                 
  3                                                       Georges Julton Cadet                                  
  4                                                       Ivan Serrão Viana                                        
  5                                                       Joel Ferreira da Silva Júnior                         
  6                                                       Jhonatan da Silva Ferreira                           
  7                                                       Josivaldo Morgado Cajuhi Fontes                
  8                                                       Lucas Santos Prado                                     
  9                                                       Kevin Eduardo da silva                                
10                                                       Michel Gomes Delatorre                              
11                                                       Robson de Lima Freitas                                


Na tabela 1, estão relacionados os nomes dos alunos que participaram do projeto da construção e automação da betoneira articulado via bluetooth.

O grupo fez um projeto mecânico no primeiro semestre de 2018, visto na figura 2.

Figura 2: Projeto Mecânico (B.A.V.B).


Existem no mercado diversos modelos de betoneiras.

Essas máquinas são utilizadas na construção civil para produção de grandes quantidades de concreto.

O equipamento é constituído de uma estrutura com um tambor rotativo vazado (cesto) em um dos lados para se colocar água, cimento e brita.

O controle, ou seja, fazer o tambor girar e parar, é realizado por uma chave elétrica liga e desliga.(NUNES, 2018).


O diferencial desse protótipo de inovação foi o seguinte:

·         a rotação do cesto passa a ser controlada pelo aplicativo bluetooth;
·         o cesto passa a ter um controle de velocidade de rotação;
·         o basculamento, ou seja, descarga do concreto, é realizado por um cilindro pneumático, não necessitando mais de um operador para fazer isso;
·         Possibilidade de fazer receitas de concreto, o que não existente nas betoneiras tradicionais.


Desta forma, o protótipo trouxe muitas novidades se compararmos com o equipamento tradicional.

Outro ponto interessante foi o baixo custo para automatização.

O projeto se tornou viável, pois, com a utilização do Arduino, foi criada flexibilidade para a programação e atuação do hardware eletrônico.

Uma vez montada toda a estrutura mecânica, integrar-se-á a construção com os controles propiciados pelo software via Arduino.

Caso, futuramente, construído um equipamento em escala real, somente a escala dos equipamentos mecânicos precisa ser realizada visando uma maior resistência nas suas partes constituintes.

O projeto eletroeletrônico e software serão praticamente os mesmos.

Na figura 3, pode se verificar como foi elaborado o projeto eletroeletrônico. 

Figura 3: Sistema eletroeletrônico (B.A.V.B).


O sistema é composto por:

·         Shield de comunicação bluetooth;
·         Placa Arduino:
·         placa de relés para controle da direção  e velocidade do motor.
·         componentes eletrônicos para polarizações e ligação de leds.


O software de gerenciamento na sua programação possibilita que os comandos para a betoneira sejam enviados por meio de um aplicativo de celular via bluetooth.

Este aplicativo é uma interface com botões touch screen, feitos em uma tela.

Basicamente existem controles de liga e desliga motor, seleção da velocidade do cesto, botão seletor de receitas para o tipo de concreto desejado, entre outros.

No aplicativo existe a possibilidade de serem criados outros controles, bastando apenas mudar o software Android do aplicativo, que é feito também em código aberto.

Este projeto foi apresentado no workshop de tecnologia de 2018 e obteve pela equipe dos professores que analisavam o projeto notas entre A e B, principalmente no quesito inovação.

Outro ponto a observar é que, caso os alunos tenham interesse (e isto foi sugerido), podem patentear o produto ou mesmo vender a ideia para uma empresa que possa fazer este produto em escala real.

Também é comum, em certos centros de ensino, os alunos criarem uma start up para iniciar a produção deste equipamento.

Toda essa flexibilidade de construção foi motivação para trabalhar e executar tarefas com um sistema microcontrolado acessível e de fácil programação.

Na figura 4 podemos ver a (B.A.V.B) finalizada.
O sistema é composto pelo sistema mecânico do cesto e um painel onde fica a placa de controle.
No caso do protótipo foi utilizado o ar comprimido para uma melhor eficiência, pois trata se de um protótipo.
Mas, existe a possibilidade de sistemas maiores serem construídos com moto-redutores ou sistemas hidráulicos.
Visto que para o basculamento e giro do cesto de cargas maiores se faz necessário uma maior força aplicada ao sistema.

Figura 4: (B.A.V.B) terminada.

3.2 Protótipo Fresadora Router CNC.

Tabela 2: Integrantes do grupo
                                                           Alunos                                                           
  1                                           Daniel Aragão de Sousa                                          
  2                                           Éderson Elias Rodrigues                                          
  3                                           Erik de Santana Coelho                                           
  4                                           Henrique Oliveira dos Prazeres                               
  5                                           Kauê Soares Zambelli                                              
  6                                           Raphael Nelson Trombini                                        
  7                                           Rodrigo Menezello de Souza                                   
  8                                           Silas Gomes                                                             
  9                                           Vinicius Tarasiuk                                                      
10                                           Willian de Sousa Silva                                              



Na tabela 2 estão listados os nomes dos alunos que participaram do projeto do Router CNC.

O projeto mecânico foi realizado no primeiro semestre de 2018, visto na figura 5.

Hoje temos disponíveis vários tipos de máquinas que trabalham com eixos controlados para realizar movimentos tridimensionais ou bidimensionais.

Esse equipamento é conhecido pela sigla CNC (Controle numérico computadorizado), e, geralmente realiza usinagem em peças.

Outra possibilidade do emprego de eixos em movimentos no espaço tridimensional são as impressoras a laser para prototipagem, que usam um sistema semelhante.

O equipamento desenvolvido pelos alunos é constituído de uma estrutura de perfis de alumínio onde são montados os motores de passo e seus respectivos eixos roscados.

A decomposição desses eixos que são montados nos planos dos eixos respectivos (X,Y e Z).  

Permite que uma ferramenta seja deslocada para onde se deseja realizar alguma operação prevista. No caso em tela, há uma fresa que pode usinar materiais.

Uma unidade eletrônica de atuação dos eixos (motores de passo) é controlada por uma placa especial que recebe informações do Arduíno.

O arduino, por sua vez. esta conectado a um notebook onde tem se o software com o desenho da trajetória a ser feita.


O equipamento tem as seguintes características:

·         Software de controle de trajetória de fácil operação e livre;
·         Controle dos eixos por motor de passo com boa precisão e repetibilidade;
·         Placa de controle de eixo de baixo custo;
·         Possibilidade de criação de programas e seu armazenamento no notebook;
·         Custo geral atrativo para construção de equipamentos mais sofisticados.


Como no projeto anterior com a utilização do Arduino, foi criada uma boa flexibilidade para a programação e atuação do hardware eletrônico.

O tempo de otimização e testes foi baixo se comparado a sistemas de CNC tradicionais, que necessitam maior especialização dos técnicos e engenheiros.

A montagem e integração dos componentes pode ser realizada com materiais mecânicos de fácil aquisição no mercado.

Possibilitando, dessa forma, uma absorção rápida de conhecimento pelos alunos.

Figura 5: Fresa Router CNC.

O sistema eletroeletrônico é constituído da placa Shield CNC (liberação e controle dos eixos dos motores de passo) e o Arduino, conforme figura 6.

Toda a unidade foi montada em uma caixa blindada para proteção do sistema eletrônico.

Foi colocado um ventilador para refrigerar os dissipadores dos eixos dos motores de passo.

Após os testes se verificou que o aquecimento estava dentro dos parâmetros toleráveis, cerca de 45 à 50 ºC, conforme figura 7.

O software de gerenciamento é o E Cam.

Destarte, existem outros no mercado que podem ser utilizados com poucas alterações, por exemplo o MACH CNC.

Este equipamento na apresentação fez usinagem de placas decorativas em acrílico, madeira e placa de latão.

Trocando-se a fresa, podem ser feitas outros tipos de usinagens tais como rasgos, furos, canais,etc.

Este tipo de usinagem é realizada por máquinas profissionais de CNC.

O foco do equipamento é usinagem em baixa escala e peças pequenas.

Este mercado é atrativo, pois muitas empresas antes de fazerem suas usinagens de forma seriada recorrem a equipamentos que possam realizar a prototipagem rápida para efetuar testes e try out[1] de produtos.

Desta forma os alunos puderam entrar em contato com uma tecnologia importante para suas carreiras e, assim, aprender novas capacitações e habilidades da área de máquinas de eixos tridimensionais ou CNC.

Na figura 8 vemos a montagem final da fresadora router CNC.

Figura 6.

Figura 7.

Figura 8.


4. Considerações Finais.

Por meio dos estudos dos projetos realizados pelos alunos do curso de mecatrônica foi possível mostrar as vantagens de se utilizar a placa Arduino na elaboração e execução dos equipamentos citados no texto.

Vimos que as facilidades de programação, aquisição, desenvolvimento de softwares possibilitaram os alunos construir protótipos de equipamentos funcionais e que podem posteriormente ser realizados em escala real.

Desta forma, o aluno, juntamente com as orientações dos docentes consegue desenvolver capacitações e habilidades requeridas para os profissionais que ingressaram no mercado de trabalho, ou mesmo estejam buscando a especialização.

Como sugestões futuras, podemos indicar a criação de start ups para que os discentes possam, eles próprios, iniciarem seus negócios no mundo da automação industrial.


5. Referências.

BANZI, M.; SHILOH, M. Primeiros passos com o Arduino.São Paulo: Novatec, 2014.

EVANS, M.; NOBLE, J.; HOCKENBAUM, J. Arduino em ação. São Paulo: Novatec, 2013.

FRANZ, J. Comando Numérico CNC. Técnica operacional. São Paulo: EPU, 1983.

LANDER, C. W. Eletrônica Industrial. Teoria e aplicações. São Paulo: McGraw Hill,1988.

MONK, S. Programação com Arduino. Começando com sketches. Porto Alegre: Bookman, 2013.

NUNES, E. S. et al. Betoneira Articulada Via Bluetooth(B.A.V.B). Trabalho apresentado para finalização de ciclo de curso. Santo André: Pentágono, 2018.

SOUSA, D. A. et al. Protótipo Fresadora Router CNC. Trabalho apresentado para finalização de ciclo de curso. Santo André: Pentágono, 2018.


STEVAN, S. L.; SILVA, R. A. Automação e Instrumentação Industrial com Arduino. São Paulo: Érica, 2015.





[1] Try out é uma técnica que consiste em fazer uma certa produção de um lote pequeno de peças para testar a viabilidade, os problemas e outros fatores no novo sistema produtivo.

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