Dispenser De Álcool Em Gel Automatizado

Diversas iniciativas e medidas têm sido tomadas com o objetivo de diminuir significativamente a taxa de infecção de pessoas por meio do COVID-19. Uma medida de prevenção simples e eficaz a ser destacada é a higiene das mãos, sendo considerada como um dos pilares na prevenção do controle de infecções. O simples hábito de lavar as mãos com água e sabão, ou mesmo o uso de álcool 70% para a assepsia, tem se tornado um grande aliado na tentativa de reduzir a propagação do COVID-19.

Nesta perspectiva, o projeto conduzido pelos professores Valdez Aragão de Almeida Filho e Diorge de Souza Lima, ambos integrantes do corpo docente do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Campus Marabá, e com a participação de alunos dos cursos de Engenharia da Computação e Engenharia Elétrica (Anselmo Mendes, Marcos Aurélio, Orlando Dezem, João Marcos e Weslei Rodrigues), além da colaboração do técnico em informática Adriano dos Santos Barros, do CTIC, tem como principal objetivo a construção de um dispositivo eletrônico automatizado e de baixo custo, que realiza a higienização das mãos através da aspersão do álcool em gel 70% sem a necessidade de nenhum contato com o dispositivo. Essa foi uma iniciativa após discussões dentro da Universidade quanto ao uso do dispositivo por pessoas com dificuldade de locomoção, tais como cadeirantes, visando tornar o dispositivo acessível para os que possuem tais limitações.

Como um segundo objetivo do projeto, está sendo disponibilizado um tutorial, em formato digital aqui no Instructables, onde os idealizadores irão disponibiliza-lo para o público em geral, para quem desejar confeccionar o seu próprio dispositivo, e auxiliar no enfrentamento ao novo coronavírus. Além disso, pelo fato do projeto estar sendo compartilhado, há a possibilidade de sugestões de melhorias, críticas, etc. Vale aqui lembrar que para executar o projeto presente nesse tutorial, se faz necessário ter algum conhecimento acerca de eletrônica e de programação.

Como citado no tópico anterior, o principal objetivo deste projeto é propor um sistema automatizado para aspersão de líquidos assépticos, sendo de baixo custo e confiável. Para isso, neste passo serão apresentadas algumas informações dos componentes utilizados para a construção do dispenser. Seguindo a numeração da Figura, temos:

1) Servomotor TowerPro MG995 (1 unidade);

2) Palheta para acionamento do bico injetor do recipiente de álcool em gel (1 unidade);

3) "Arduino caseiro", contendo:

3.1) Protoboard 83x55x10 mm 400 pontos (1 unidade);

3.2) Microcontrolador ATmega328P + Bootloader (1 unidade);

3.3) Cristal oscilador de 16 MHz (1 unidade);

3.4) Resistor de 10k Ohms (1 unidade);

3.5) Resistor de 220 Ohms (1 unidade);

3.6) Capacitor cerâmico de 22 pF (2 unidades);

3.7) Chave táctil 6x6x4.3 mm de 2 terminais (1 unidade);

3.8) LED difuso 5 mm verde (1 unidade).

4) Fios jumpers macho-fêmea;

5) Parafuso 5 cm de comprimento e 3 mm de diâmetro, para fixar a palheta (1 unidade);

6) Extensor para hélice do Servomotor TowerPro MG995 (1 unidade);

7) Hélice do Servomotor TowerPro MG995 (1 unidade);

8) Módulo de sensor de obstáculo infravermelho (1 unidade);

9) Parafuso 1 cm de comprimento e 2 mm de diâmetro, para fixar as cantoneiras (20 unidades);

10) LED's:

10.1) LED difuso 5 mm verde (1 unidade);

10.2) LED difuso 5 mm vermelho (1 unidade).

11) Arruelas:

11.1) Arruela para parafuso 5 cm de comprimento e 3 mm de diâmetro (2 unidades);

11.2) Arruela para parafuso 1 cm de comprimento e 2 mm de diâmetro (20 unidades);

12) Cantoneira 1 cm x 1 cm (10 unidades).

Cabe salientar que os itens "2" e "6" terão suas especificações mais detalhadas no tópico referente às partes do dispenser que foram projetadas em impressora 3D.

Neste passo são mostradas as partes que compõem o dispenser. Conforme a Figura, tem-se o seguinte:

1) Base;

2) Tampa posterior;

3) Tampa lateral;

4) Tampa frontal;

5) Tampa superior;

6) Haste;

7) Holder do motor.

Além das partes citadas acima, fazem parte do dispenser a palheta de acionamento para o bico injetor do recipiente de álcool em gel (item 2 do passo 1), e a extensão da hélice do servomotor (item 6 do passo 1). Todas as partes do dispenser estão disponibilizadas, em arquivo .stl.

Neste passo é ilustrado, por meio da Figura, a distribuição dos pinos do microcontrolador ATmega 328p. Os principais pinos utilizados para o projeto do dispenser são os seguintes:

a) Pino 1 (RESET) - Tem a função de reiniciar o microcontrolador;

b) Pino 7 e 20 (VCC) - Tem a função de energizar o microcontrolador;

c) Pino 8 e 22 (GND) - Tem a função de aterrar o microcontrolador;

d) Pinos 9 e 10 - Tem a função de interligar o microcontrolador com o cristal oscilador;

e) Pinos 5, 11, 12, 15, 16 e 17 (PWM) - Tem a função de receber sinais digitais em suas entradas;

f) Pinos 23 a 28 (Analog) - Tem a função de receber sinais analógicos em suas entradas.

É de extrema importância o conhecimento prévio de cada um dos pinos que compõem o microcontrolador ATmega 328p!

Este passo tem o objetivo de mostrar, através da Figura, como são feitas as ligações para a utilização do "Arduino Caseiro", com o microcontrolador ATmega 328p. Vale aqui uma nota importante: para que o ATmega 328p possa gravar os códigos na memória, é necessário um programa inicializador, que é o Bootloader. Seu objetivo geralmente é de preparar o hardware para o funcionamento correto da aplicação e/ou aplicar atualizações dessa aplicação. Com o Bootloader é possível verificar e receber um novo Sketch do Arduino IDE desenvolvido no seu computador, e grava-lo na memória do microcontrolador. Isso ocorre facilmente pela porta serial USB do Arduino. Sem o Bootloader isso não seria possível, tendo que recorrer a um hardware programador para o ATmega 328p. Portanto, quando for adquirir o ATmega 328p, a dica é já aquiri-lo com o Bootloader.

Com relação à montagem na matriz de contatos, aqui vão algumas dicas para quem está se "aventurando" pela primeira vez na eletrônica:

1) FAÇA SEMPRE AS LIGAÇÕES COM O CIRCUITO DESENERGIZADO;

2) Siga exatamente as ligações mostradas na Figura;

3) Conecte os componentes na matriz de contato assim como mostra a Figura;

4) A alimentação utilizada (VCC) pode ser a de uma fonte exatamente de 5 V (Exemplo: carregador de celular);

5) A fonte sempre possui dois contatos: o positivo (VCC) e o negativo (GND);

6) O positivo da fonte (VCC) sempre será ligado na respectiva linha, mostrada na Figura;

7) O negativo da fonte (GND) sempre será ligado na respectiva linha, mostrada na Figura.

Neste passo será ilustrada a interligação do "Arduino Caseiro" com o servomotor. Como pode ser visto na Figura, são necessárias apenas três ligações:

1) Alimentação do servomotor (ligação com o pino VCC do microcontrolador);

2) Aterramendo do servomotor (ligação com o pino GND do microcontrolador);

3) Comunicação de dados (ligação com um dos pinos PWM do microcontrolador).

A ligação citada no item 3 é importante para que o servomotor interprete o código a ser armazenado na memória do microcontrolador e, assim, possa fazer movimentar a hélice e, consequentemente, a palheta, para acionarem o bico injetor do recipiente de álcool em gel. Os detalhes referentes ao código para movimentação da hélice serão mostrados em passos posteriores.

Ainda, vale aqui mencionar que a hélice citada no passo "Componentes" já vem com o servomotor, e deve ser acoplada, através dos próprios parafusos que vem com o servomotor, à extensão da hélice, confeccionada em impressora 3D, e cujo arquivo está presente no passo "Partes do Dispenser".

Neste passo será ilustrada a interligação do "Arduino Caseiro" com o módulo de sensor de obstáculo infravermelhor. Como pode ser visto na Figura, são necessárias apenas três ligações:

1) Alimentação do módulo (ligação com o pino VCC do microcontrolador);

2) Aterramendo do módulo (ligação com o pino GND do microcontrolador);

3) Comunicação de dados (ligação com um dos pinos PWM do microcontrolador).

A ligação citada no item 3 é importante para que o módulo interprete o código a ser armazenado na memória do microcontrolador e, assim, possa identificar quando há uma aproximação próximo ao sensor, acionando o servomotor e, consequentemente, a palheta, acionando o bico injetor do recipiente de álcool em gel. Os detalhes referentes ao código para configuração do sensor de obstáculo infravermelho serão mostrados em passos posteriores.

Neste passo será colocado o código Arduino para acionamento do servomotor e do sensor de obstáculos infravermelho. O código é de extrema importância, pois é com ele que o microcontrolador irá enviar os dados necessários para a realização da aspersão do álcool em gel pelo dispenser. O código está em anexo e contém comentários para facilitar o entendimento. Além disso, foi inserido um vídeo mostrando o resultado após o carregamento do código no ATmega 328p.

Agora, caso você ainda não tenha familiaridade na programação com o ATmega 328p, seguem algumas dicas. A primeira é que você precisa ter um Arduino UNO para poder passar o código para o ATmega 328p. A segunda dica é fazer o download e instalar a IDE (compilador) usada para escrever e gravar os códigos na placa. Essa IDE é open-source e está disponível para Windows, MAC e Linux. O download pode ser feito diretamente na página oficial do Arduino. Após instalar a IDE, é necessário fazer as configurações iniciais. Basicamente, deve-se executar as etapas abaixo:

1) Retire o microcontrolador ATmega 328p da matriz de contatos que você havia montado;

2) Retire o microcontrolador da placa do Arduino UNO (cuidado ao retirar!);

3) Coloque o microcontrolador ATmega 328 p no lugar do microconctrolador do Arduino Uno que você retirou (cuidado ao colocar!);

4) Alimente e conecte a placa Arduino ao PC, pelo cabo USB;

5) Na IDE, selecione o modelo da placa (abra a aba "Tools", selecione a opção "Board" e depois selecionar Arduino Uno);

6) Selecione porta serial para a qual a placa foi atribuída (abra a aba "Tools", selecione a opção "Serial Port" e depois selecione a porta COMX, em que X é o número que o PC associou à porta serial atribuída ao Arduino.

Feitos esses passos, a IDE está pronta para ser usada e para gravar os códigos na sua placa. Após gravado e carregado o código no ATmega 328p:

1) Desconecte o cabo USB;

2) Retire o ATmega 328p da placa Arduino;

3) Recoloque o microcontrolador do Arduino UNO na placa;

4) Recoloque o ATmega 328p na matriz de contatos que você havia montado o "Arduino Caseiro";

5) Alimente o "Arduino Caseiro";

6) Pressione a chave táctil para "Resetar" e carregar o código.

Realizados esses passos, teste para ver se o código realmente está fazendo o que se propõe. Caso o circuito não esteja desempenhando a função esperada, repita todos os passos citados, cuidadosamente.

Como uma das iniciativas voltadas ao enfrentamento da COVID-19, desenvolvidas no âmbito da Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, o presente apresenta-se como sendo de fundamental importância no que diz respeito às novas regras e hábitos, tais como a necessidade de higienização frequentemente das mãos, além de todas as adequações para o retorno de algumas atividades dentro da Universidade.

A equipe que fez parte do projeto também espera que a divulgação deste pequeno tutorial possa ajudar de alguma forma no combate a COVID-19.