Modelo 3: Modelo de Portão

Acesso permitido?

Série escolar

11 – 13

Tempo necessário

2 aulas duplas (expansível até 8 aulas duplas)

Nível de dificuldade

Modelo: médio, Programação: médio

Tipo de modelo

Modelo de porta para controle de acesso

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DESCRIÇÃO DO MODELO/TAREFA

Os alunos planejam e implementam um modelo de portão para controle de acesso baseado em sensor de um depósito fictício. Partindo de uma abertura e fechamento simples do modelo de porta controlado por um botão de parada de emergência, em um segundo passo são usados interruptores de limite para proteger a mecânica e, em um terceiro passo, LEDs de aviso são usados para visualizar a atividade do operador da porta. Uma exibição gráfica simples dos botões “Abrir”, “Fechar” e “Parada de Emergência” no display do controlador TXT 4.0 deve ser programada e colocada em operação.

REFERÊNCIA DO DIA A DIA

Especialmente a incorporação em um contexto de aplicação próximo à realidade apresenta uma alta motivação. A integração do tema na orientação pré-profissional poderia ocorrer com foco em áreas profissionais mecatrônicas ou de tecnologia da informação. Aqui, a abertura e fechamento automatizados são utilizados em muitos setores. De forma especial, a abertura automatizada de portas ou persianas é cada vez mais utilizada não apenas na indústria, mas também no ambiente doméstico.

Perguntas orientadoras

Como é possível medir os limites finais, interrupções e distâncias com a ajuda dos sensores? (Comunicação e Informação)
Com quais sensores o controle do portão pode ser monitorado e controlado de forma eficaz? (Colaboração)
Em quais condições o sistema deve priorizar a proteção do usuário em relação à função? (Pensamento crítico)
O que deve ser considerado para que a sensorística possa ser utilizada em diferentes cenários de aplicação e o sistema funcione da forma mais robusta possível? (Criatividade)

Relação com a disciplina

Informática

Programação avançada, loops condicionais, funções, codificação, exibições gráficas

Matemática

Cálculo de expressões

Tecnologia

Construção estável, controle de atuadores, leitura de sensores, tecnologia de construção

Física

Barreira de luz, medição de distâncias com o sensor ultrassônico

Desenvolvimento da aula

Conversa de aula

Anunciar o tema, se necessário, vídeo da abertura automatizada de um portão/porta deslizante (possivelmente com fechadura eletrônica):
→ www.youtube.com/watch?v=ClFLFhAPMqI
Perguntar quais são os requisitos essenciais para a abertura ou fechamento automático de um modelo de portão ou porta.
Perguntar sobre cenários em que sistemas de portões/portas que abrem e fecham automaticamente são usados.
Discutir possibilidades de uso dos cenários coletados (por exemplo, portão de garagem, portão do pátio, portão de acesso, porta deslizante, persiana).
Determinar os requisitos para a montagem do experimento.

Se necessário, assistência

Mostrar sensores, atuadores e componentes do kit de construção, usar mídias de apresentação se necessário.

Conversa em sala de aula

O procedimento para a construção do modelo e a função a ser alcançada são desenvolvidos em conjunto.
As etapas de trabalho do aplicativo são definidas ou discutidas.

Trabalho em dupla ou individual

Os alunos se familiarizam com o aplicativo e carregam a tarefa correspondente.
Os alunos definem funções úteis para o controle com o controlador TXT 4.0.
Os alunos criam, com a ajuda do aplicativo, a lista de requisitos para o modelo de portão a ser construído.

Trabalho opcional em dupla ou em grupo

Os alunos esboçam as possíveis construções do modelo de portão por conta própria e o constroem livremente.
Os alunos discutem os resultados em grupo e escolhem um design.

Informações e Avisos

Observações metodológicas e didáticas

Possibilidades de diferenciação

Dependendo da duração da série de aulas e da capacidade dos alunos, pode-se

omitir o cenário introdutório do botão final não suportado e verificado manualmente
omitir a abertura e o fechamento do modelo de portão.
alterar o arranjo experimental e instalar/utilizar sensores em outros locais.
melhorar a fechadura eletrônica.
realizar uma competição "Quem decifra o código?" para a melhor programação de uma fechadura eletrônica (modificação do modelo de portão para um cofre, que deve ser aberto ou protegido).
formular outros cenários de aplicação pelos alunos e realizá-los com montagem e programação.

Aspectos motivacionais

O tema controle automático de movimento é conhecido por todos os alunos no dia a dia. Em muitas residências, persianas, toldos ou portas de garagem que abrem automaticamente, além de muitas outras aplicações inteligentes, já fazem parte da rotina. Fechaduras eletrônicas baseadas em código são cada vez mais utilizadas no controle de acesso a edifícios

Materiais adicionais

Se disponível, um vídeo pode ser utilizado para a fase introdutória ao tema.
Se disponível, podem ser usados materiais para programar fechaduras eletrônicas.
Utilizar meios de desenho (papel, quadro branco ou superfície de projeção).

Instruções de montagem

Diagrama elétrico

Funções do modelo e suas soluções técnicas

Função dos sensores/atuadores

Solução técnica

Sinais luminosos LEDs vermelhos

Acionamento dos LEDs durante o movimento do portão

Interrupção da barreira de luz

Impedir o movimento do portão

Sensor ultrassônico

Detecção de aproximação

Diferenciação

Desenvolvimento de diferentes níveis de segurança para portões ou controles de portão (fechadura com código, combinação de entradas de sensores)

Lista de materiais

Sensores	Função
1 botão On/Off no controlador TXT 4.0	1. Ligar o controle da cancela 2. Parada de emergência da cancela
1 sensor ultrassônico	Detecção de aproximação
1 câmera USB	Detecção de cor
1 fototransistor	Detecção de interrupção do feixe de luz, receptor
2 mini botões	Interruptores finais para controle do portão

Atuadores	Função
1 display do controlador TXT 4.0	Exibição
2 LEDs (2 × vermelho)	Aviso
1 motor com encoder	Movimento do portão
1 LED (branco)	Movimento do portão