3) Fonte de alimentação para testes de bancada

Um robô que se preza deve utilizar sua própria bateria, de preferência recarregável, afinal se o robô tiver que ficar conectado a uma tomada na parede, não vai ter muita liberdade de movimento. Mas até chegar nesse ponto existe um longo caminho que envolve muito desenvolvimento e testes. Testar e desenvolver os circuitos usando baterias não é prático, então para os testes de bancada, uma fonte de alimentação é essencial. Felizmente existem duas ótimas opções que podem ser extraídas de sucata. A opção mais simples é usar uma fonte de impressora. A maioria das impressoras têm fontes externas. Estas fontes são pequenas, portáteis e conseguem fornecer uma corrente de pouco mais de 1 amper com tensões de 12 e 5 volts, o que é aceitável para as aplicações que serão demonstradas aqui. Entretanto elas não são protegidas contra curtos. Um curto acidental durante os testes irá queimar a fonte inutilizando-a.

A outra opção, mais indicada, é utilizar uma fonte de computador (figura 2). São excelentes para uso em bancada. São chaveadas e estabilizadas para fornecer uma tensão de saída constante, mesmo com alguma variação na tensão de entrada, têm potência suficiente para alimentar os circuitos e motores utilizados neste projeto, são protegidas contra curtos desligando automaticamente quando ocorre e podem fornecer 3, 5, 12, ou até 24 volts na saída, sem ser necessário nenhum circuito adicional.

Considerando que todos os computadores precisam de uma fonte de alimentação, é fácil encontrar estas fontes em equipamentos sucateados, mas mesmo que não seja possível encontrar uma fonte de computador viável em sucata, elas têm um custo bem acessível, já que são produzidas em alta escala. As modificações necessárias para transformar uma fonte de computador em uma fonte de bancada são bastante simples e estão descritas a seguir.

Figura 2: Uma típica fonte ATX para computadores

Segurança em primeiro lugar. Lembre-se, nunca, em hipótese nenhuma abra ou faça qualquer tipo de manipulação em uma fonte de computador energizada. Tenha muita certeza que a fonte está desconectada da rede elétrica a pelo menos alguns minutos antes de fazer qualquer coisa com ela. A fonte contém vários capacitores que são componentes capazes de armazenar energia elétrica por algum tempo, mesmo depois que ela é desligada da rede de energia.

Ao abrir uma fonte de computador o que vemos é uma confusão de fios de várias cores, a maioria saindo da fonte em chicotes com conectores nas pontas e uma placa com capacitores, indutores, dissipadores e um cooler. Evidentemente não vamos alterar a parte eletrônica da fonte, esta já está pronta. O que precisa ser feito é identificar os fios pelas cores para fazer as saídas e conexões necessárias. Existem basicamente dois grupos de fios na fonte, fios de tensão de saída (Tabela 1) e fios de controle/sensores (Tabela 2).

Identificação e função dos fios

Os fios preto, laranja, vermelho e azul são terminais de tensão, que são utilizados para a tensão de saída. A corrente máxima que pode ser fornecida pela fonte varia de acordo com o terminal utilizado. A tabela 1 mostra a tensão de saída e os níveis de corrente máximos dos terminais utilizando os fios pretos (GND) como referência.

Cor	Tensão	Corrente máxima
Preto	0 v (GND)	-
Laranja	+3.3 v	22 A
Vermelho	+5 v	32 A
Amarelo	+12 v	16 A
Azul	-12 v	0.5 A

Tabela 1 – Nível de tensão e corrente máxima dos terminais de saída

Como podemos ver, a maior corrente é obtida entre os terminais GND e +5v. Usando os fios amarelo e azul podemos obter 24v, mas nesse caso a corrente máxima seria de 0.5 A, já que ela é determinada pelo terminal com menor corrente máxima.

Cor	Função
Marrom	Sensor 0 v
Laranja fino	Sensor 3.3 v
Verde	Power On
Cinza	Power Ok
Roxo	Stand by

Tabela 2 – Fios sensores e de controle

Os fios marrom e o laranja mais fino são sensores, servem para determinar se a tensão de saída para os terminais 0v e 3.3v, respectivamente, é o esperado. Desta forma, para que a fonte funcione adequadamente, é preciso conectar o fio marrom em um fio preto e o laranja mais fino em um fio laranja.

O fio Power OK (cinza), é utilizado para indicar à placa mãe que o sistema de alimentação está estável. Quando o sistema está estável, este fio possui um potencial de +5v. A placa mãe monitora a tensão deste fio para determinar se a alimentação está no nível adequado. No caso deste projeto, este fio pode ser utilizado para o terminal positivo de um led de status que indica quando a fonte está ligada. Nesse caso use um fio preto para o terminal negativo do led e um resistor limitador de corrente entre o led e um dos fios. O resistor pode ser de 220Ω a 440Ω.

O fio verde (Power ON) é utilizado para ligar a fonte. A fonte é ligada quando este fio é conectado ao terra, ou seja, a um fio preto. Se a fonte já possui uma chave liga-desliga, este fio pode ser conectado diretamente ao terra (fio preto), mas caso não tenha, use para instalar um interruptor para ligar/desligar a fonte.

O fio roxo (Stand by) é um terminal de 5v com baixa capacidade de fornecer corrente que sempre fornece esta tensão quando a fonte está alimentada eletricamente, mesmo que o fio verde não esteja conectado ao terra. O fio é utilizado para recursos destand by e sleep de um computador, para, por exemplo, permitir que um computador seja ligado através da rede. Para este projeto, o fio roxo não tem nenhuma função e pode simplesmente ser retirado.

Finalmente, uma fonte ATX precisa sempre de uma carga entre seus terminais 0v (preto) e 5v (vermelho) para funcionar, por se tratar de uma fonte chaveada. Algumas referências recomendam usar um resistor de 10Ω, com no mínimo 10W de potência. Aparentemente algumas fontes já possuem uma carga interna e nesse caso este resistor não é necessário, mas na dúvida é melhor adicionar o resistor.

Material necessário

Para fazer estas modificações vai ser necessário dispor de:

• Ferro de solda
• Solda
• Chave de fenda
• Alicate de corte
• Tubos termo retráteis (espaguetes)
• Um led
• Um interruptor liga-desliga
• Um borne banana fêmea preto
• Dois bornes banana fêmea vermelhos
• Um resistor de 10Ω e 10W
• Alguma paciência. 

Passo a passo 

Não é demais repetir, antes de começar verifique que a fonte esteja desligada da energia e evite tocar nos capacitores e dissipadores de calor. Todas as conexões devem ser soldadas e isoladas de preferência com tubos termo-retráteis (vulgo espaguete). Os espaguetes são tubos de borracha ocos, que ao serem aquecidos tem o seu diâmetro reduzido. O ideal é utilizar uma pistola de ar quente para fazer isto ou um secador de cabelos, mas tomando alguns cuidados, pode ser usado um ferro de solda.

Ao remover fios excedentes, use o ferro de solda para dessoldá-los da placa. Deixar pontas de fios cortados pode provocar interferência nos circuitos. Abaixo segue uma descrição passo a passo para fazer as alterações na fonte:

• Abra a tampa externa da fonte.
• Selecione o local para instalar um led e um interruptor liga-desliga, caso a fonte não tenha interruptor e pelo os 3 bornes banana fêmeas. Faça os furos que forem necessários para instalar esses componentes na caixa da fonte e fixe-os na caixa. Importante: remova com cuidado qualquer resíduo ou lasca de metal decorrente dos furos para evitar curto circuitos.
• Identifique o fio marrom e conecte-o a um fio preto.
• Encontre o fio laranja mais fino e conecte-o a um fio laranja mais grosso.
• Com o ferro de solda, remova o fio roxo.
• Solde um resistor de 240 a 440Ω no fio cinza e o terminal positivo do led no resistor. O terminal negativo do led deve ser soldado a um fio preto. Este led indica quando a fonte está ligada ou desligada.
• Se a fonte já tem interruptor, solde o fio verde a um fio preto. Se não tem, solde o fio verde e um fio preto nos terminais de um interruptor.
• Solde um fio preto no terminal do borne preto (saída 0v).
• Solde um fio vermelho no terminal de um dos bornes vermelhos (saída 5v).
• Solde um fio amarelo no terminal do outro borne vermelho (saída 12v).
• Solde o resistor entre um fio preto e um fio vermelho.
• Use o ferro de solda para remover todos os fios que sobraram no chicote.
• Feche a caixa da fonte.

Índice

2) Visão geral do projeto
3) Fonte de alimentação para testes de bancada
4) A porta paralela
5) Motores de passo
6) Montagem dos circuitos
7) Montagem do robô
8) Alimentação
9) Software de navegação
10) Conclusão
Apêndice - Duplicando polias e engrenagens