CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (56)

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UNIJUÍ – UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO 
DO RIO GRANDE DO SUL 
 
 
 
 
 
GUSTAVO HENRIQUE WOLF 
 
 
 
 
 
 
PLACA LOGICA PARA ACIONAMENTO DE DISPOSITIVOS 
ATRAVÉS DO COMPUTADOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ijuí (RS) 
2012 
 1 
 
 
 
GUSTAVO HENRIQUE WOLF 
 
 
 
 
 
 
 
PLACA LOGICA PARA ACIONAMENTO DE DISPOSITIVOS 
ATRAVÉS DO COMPUTADOR 
 
 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao 
curso de Informática: Sistemas de Informações, do 
Departamento de Ciências Exatas e Engenharias - 
Dceeng, da Universidade Regional do Noroeste do 
Estado do Rio Grande do Sul (UNIJUÍ), requisito 
parcial para obtenção do grau de Bacharel em 
Informática: Sistemas de Informações. 
 
 
 
Professor Orientador: MSc. Rogério de Moura Martins 
 
 
 
 
 
Ijuí (RS) 
2012 
 
 
 
 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
os meus pais, Erico Frederico 
Wolf e Iria Salete Wolf, pelo 
amor, dedicação, e ensinamentos que me 
deram sustentação para chegar até aqui. 
 Compartilho esta vitória, que tam-
bém os pertence. A vocês, todo meu 
carinho, admiração e gratidão. 
 
 
 
 A 
 
 
 3 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
Agradeço a Deus, pela benção concedida, pela fé que me encorajou na 
busca de nossos ideais e por sempre estar ao nosso lado, iluminando e protegendo 
nossos caminhos. 
Aos meus Pais, pela oportunidade, amor, confiança, compreensão e apoio 
nas horas em que estive ausente em suas vidas para me dedicar aos estudos. 
A minha namorada, Franciane Ramos Vieira, pelo amor, compreensão pelos 
momentos de ausência, apoio nos momentos difíceis, paciência nos momentos em 
que mais precisei, cumplicidade e carinho dedicados durante esta trajetória. 
A minha irmã, Ani Elis Wolf, pelo apoio e incentivo em todos os momentos. 
Aos meus colegas, em especial a Geizon Tischer, pelas experiências 
compartilhadas e relações de coleguismo estabelecidas durante esta caminhada, 
pelos momentos de descontração e pela amizade, que com certeza, foi parte 
fundamental para poder continuar até este momento. 
Aos professores do curso, pela amizade, dedicação, paciência, competência e 
incentivo para a realização deste trabalho. 
Aos meus Amigos(as), pelos momentos de alegria, pelo apoio nas horas de 
dificuldade, pois além de amigos(as) foram companheiros(as) e conselheiros(as). 
 
MUITO OBRIGADO!!!! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
Este estudo tem como principal objetivo a construção de uma placa para acionar 
dispositivos a partir do computador. Inicialmente, o texto apresenta conceitos 
envolvendo CLPs, incluindo as formas de programação e processamento dos sinais 
de E/S. Em seguida é apresentado algumas ferramentas similares existentes no 
mercado hoje. Para análise dos resultados foi construída a placa para controlar um 
Braço Robótico. 
 
Palavras-chave: Controlador Lógico Programável. Interface Homem/Máquina. 
Arduino, Raspberry Pi. 
 
 5 
 
 
 
 
 
 
LISTA DAS SIGLAS 
 
CAN – Controller Area Network 
CLP – Controlador Lógico Programável 
CPU – Central Processing Unit 
CUI – Character-based User Interface 
E/S – Entrada e Saída 
FBD – Function Block Diagram 
GPS – Global Positing System 
GUI – Graphical User Interface 
I/O – Input/Output 
IEC – International Eletrotechnical Commission 
IL – Instruction List 
ISA – International Society of Automation 
ISO – International Standardisation Organization 
LD – Ladder Diagram 
LVTTL – Low Voltage Transistor-Transistor Logic 
NEMA – National Electrical Manufacturers Association 
P2P – Per to Per 
PC – Personal Computer 
PID – Proportional Integral Derivative 
POUs – Program Organization Units 
PUI – Pen-based User Interface 
RAM – Random Access Memory 
RS-232 – Recommended Standard 232 
SD – Secure Digital 
SFC – Squential Funquition Chart 
SMS – Short Message Service 
 
 
 
 6 
ST – Structured Text 
TP – Terminal de Programação 
TTL – Time To Live 
UCP – Unidade Central de Processamento 
UID – Unique Identifier 
VRUI – Virtual Reality-Based User Interface 
WUI – Web User Interface 
 
 
 7 
 
 
 
 
 
 
LISTA DAS FIGURAS 
 
 
Figura 1: CLP compacto da linha GENIE, fabricante Rucken........................ 16 
Figura 2: Estrutura básica de um CLP modular............................................. 17 
Figura 3: CLP modular (Módulos do CLP CJ1 da OMRON).......................... 17 
Figura 4: Representação do sistema de controle de CLP............................. 18 
Figura 5: Estrutura de programa do PLC (A) e PC (B).................................. 19 
Figura 6: Diagrama de blocos do hardware de um CLP................................ 19 
Figura 7: Scanning de um CLP básico........................................................... 23 
Figura 8: Estrutura de um sistema automatizado com CLP........................... 24 
Figura 9: Etapas do desenvolvimento de um programa para CLP................ 26 
Figura 10: Conector serial de 9 Pinos (DB9).................................................... 27 
Figura 11: Exemplo de transistor (BC 337)...................................................... 28 
Figura 12: Exemplo de Ponte H....................................................................... 29 
Figura 13: Exemplo de micro controlador........................................................ 30 
Figura 14: Arduino Uno.................................................................................... 31 
Figura 15: Raspberry Pi modelo B................................................................... 37 
Figura 16: Braço robótico similar ao utilizado.................................................. 40 
Figura 17: Ligação entre porta serial e MAX 232............................................. 41 
Figura 18: Montagem na protoboard do circuito.............................................. 41 
Figura 19: Ligação do conector até o micro controlador.................................. 42 
Figura 20: Montagem do circuito com o micro controlador.............................. 42 
Figura 21: Ponte H utilizada para controle dos motores.................................. 44 
Figura 22: Ligação da Ponte H com o micro controlador................................. 45 
Figura 23: Circuito com a Ponte H ligada ao micro controlador....................... 45 
Figura 24: Circuito completo............................................................................ 46 
Figura 25: Gravador similar ao utilizado.......................................................... 50 
Figura 26: Detalhe do micro controlador sendo gravado................................. 51 
Figura 27: Motores identificados no braço robótico......................................... 52 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DOS QUADROS 
 
 
Quadro 1: Modelos de Arduino..................................................................... 34 
Quadro 2: Modelos clone de Arduino........................................................... 36 
Quadro 3: Modelos sem micro controlador ATMEGA.................................. 36 
Quadro 4: Modelos de Raspberry Pi............................................................ 38 
Quadro 5: Relação entre a ponte H e os pinos do micro controlador.......... 48 
Quadro 6: Comandos que acionam a placa................................................. 509 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 11 
 
2 CONCEITOS ENVOLVIDOS NOS CLPs E EM SUA PROGRAMAÇÃO .............. 13 
2.1 DEFINIÇÃO DE CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP) ................ 13 
2.2 UTILIZAÇÃO E APLICAÇÕES ............................................................................ 15 
2.3 CLASSIFICAÇÃO DOS CLPs ............................................................................. 16 
2.4 ARQUITETURA E PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO ...................................... 18 
2.4.1 Estrutura básica do CLP ................................................................................... 19 
2.4.2 Execução do CLP – ciclo de varredura (scanning) ........................................... 23 
2.5 SOFTWARE DO CLP .......................................................................................... 24 
2.5.1 Etapas de desenvolvimento e peculiares do software ...................................... 25 
2.6 INTERFACE SERIAL .......................................................................................... 26 
2.7 TRANSISTORES................................................................................................. 28 
2.8 PONTE H ............................................................................................................ 29 
2.9 MICRO CONTROLADORES ............................................................................... 30 
 
3 TRABALHOS RELACIONADOS ........................................................................... 32 
3.1 ARDUINO ............................................................................................................ 32 
3.1.1 Plataforma – Hardware ..................................................................................... 33 
3.1.2 Software ........................................................................................................... 34 
3.1.3 Aplicações ........................................................................................................ 35 
3.1.4 Configuração oficial .......................................................................................... 35 
3.1.5 Clones .............................................................................................................. 36 
3.1.6 Placas sem ATmega ........................................................................................ 38 
3.2 RASPBERRY PI .................................................................................................. 38 
3.2.1 Hardware .......................................................................................................... 39 
3.2.2 Software ........................................................................................................... 40 
 
4 MODELAGEM E IMPLEMENTAÇÃO .................................................................... 41 
4.1 DESCRIÇÃO DO PROJETO ............................................................................... 41 
4.2 CONSTRUÇÃO DO CIRCUITO .......................................................................... 42 
4.3 PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO ................................................................... 48 
4.4 PROGRAMAÇÃO DO MICRO CONTROLADOR ................................................ 51 
 
5 RESULTADOS ....................................................................................................... 53 
 
CONCLUSÃO ........................................................................................................... 56 
 
 
 10 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 58 
 
 
 
 
 
 
 
 11 
1 INTRODUÇÃO 
 
Os CLPs são muito populares na área de automação, atuando em vários 
ramos, mas tendo como maior atuação as seguintes áreas: robótica, medição de 
energia, automação residencial, monitoramento de veículos, etc. Muitas vezes estes 
dispositivos podem passar despercebidos, porém, cada vez estão mais presentes 
em nosso cotidiano. O seu acesso pode ser feito por qualquer usuário, mas para 
compreendê-los, somente por profissionais especializados, pois sua difícil 
programação não permite que qualquer pessoa o programe. 
Basicamente, estes dispositivos tem um controle vital onde atua. Como por 
exemplo, em uma Hidrelétrica, em que controla as maquinas, aumenta ou diminui o 
fluxo de agua em determinados pontos. 
Baseado nisso, foi realizado um estudo sobre CLPs para posteriormente ser 
desenvolvido um sistema “equivalente”, onde será construído uma placa de uso 
similar ao CLP. O dispositivo terá como finalidade pequenas aplicações de controle, 
como por exemplo, o controle de um braço robótico, podendo ser aplicado também a 
pequenos processos de automação predial. 
O estudo foi basicamente dividido em duas grandes fases. Na primeira, 
teórica, o trabalho é subdividido em duas etapas. 
 
Na primeira etapa da primeira fase, para fundamentar o estudo, são 
apresentados conceitos relativos aos CLPs, como: definições, aplicações, 
classificações, arquitetura básica, formas de programação mais comuns e, por 
último, a relação estabelecida entre o usuário, no caso o programador do dispositivo, 
e os equipamentos eletrônicos envolvidos (CLP e PC). A metodologia utilizada 
nessa parte é caracterizada por referencial teórico, sendo realizado um 
levantamento bibliográfico de diversos autores. As ferramentas de fontes de 
pesquisa foram principalmente livros e periódicos eletrônicos, também foram 
utilizados sites e manuais. 
 
Na segunda etapa dessa primeira fase, foi realizado o levantamento do 
protótipo que será utilizado para o desenvolvimento da placa. Nessa etapa foi 
apresentada uma descrição das características do dispositivo, explicando o 
funcionamento da unidade de processamento, mostrando os protocolos de 
comunicação entre o computador e a placa controladora. 
 12 
A segunda fase do estudo, realizada posteriormente, foi a montagem da 
placa, primeiramente montando por partes e sendo feito os testes em uma 
protoboard e logo após uma análise dos resultados obtidos referentes a testes, 
simulações e exemplos de aplicações. 
 
 13 
2 CONCEITOS ENVOLVIDOS NOS CLPs E EM SUA PROGRAMAÇÃO 
 
Nesse capitulo serão apresentados conceitos extraídos de vários autores, 
quando a definição e aplicação dos CLPs. Conceitos sobre componentes eletrônicos 
utilizados na construção da placa, aplicações e exemplos de uso. 
 
 
2.1 DEFINIÇÃO DE CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP) 
 
Segundo o International Eletrotechnical Commission (IEC), um Controlador 
Lógico Programável (CLP) é definido como um sistema eletrônico operado 
digitalmente, projetado para uso em um ambiente industrial, que usa uma memória 
programável para a armazenagem interna de instruções orientadas para o usuário 
para implementar funções específicas, tais como lógica, sequencial, temporização, 
contagem e aritmética, para controlar, através de entradas e saídas digitais ou 
analógicas, vários tipos de máquinas ou processos. O controlador programável e 
seus periféricos associados são projetados para serem facilmente integráveis em um 
sistema de controle industrial e facil-mente usados em todas suas funções previstas. 
(RIBEIRO, 2001, p. 91). 
 
De acordo com a National Electrical Manufacturers Association (NEMA), é um 
equipamento eletrônico que funciona digitalmente e que utiliza uma memória 
programável para o armazenamento interno de instruções para implementar funções 
específicas, tais como lógica, sequenciamento, registros e controle de tempos, 
contadores e operações aritméticas para controlar, através de módulos de 
entrada/saída digitais(liga/desliga) ou analógicos (1-5Vcc, 4-20mA etc.), vários tipos 
de máquinas ou processos. (BOTTURA FILHO, 2007, p. 23). 
 
Conforme o fabricante Atos (2006, p. 14), controladores lógicos programáveis 
são equipamentos eletrônicos normalmente baseados em microprocessadores, que 
usam uma memória programável para armazenamento de instruções com funções 
de: lógica, sequenciamento, temporização, contagem, controle PID, Inter 
travamentos, operações aritméticas, etc.; são destinados a comandar e monitorar, 
 14 
em vários níveis de complexidade, máquinas ou processos industriais através de 
módulos de entradas/saídas analógicos ou digitais. 
 
O fabricante complementa que um controlador lógico programável diferencia-
se dos equipamentos convencionais para controles industriais pela programabilidade 
e pelo modo sequencial de execução das instruções. Assim como o hardware, os 
softwares desenvolvidos para CLPs caracterizam uma diferença fundamental. Esses 
softwares realizam funções de acesso ao hardware, diagnósticos, comunicações, 
históricos e determinam o funcionamento do controlador em um modo de operação 
dedicado (ciclo de varredura) e totalmente transparente para o usuário. 
 
Para PRUDENTE (2007) O aspecto interessante do CLP é que ele 
normalmente pode ser programado e utilizado por pessoas sem um grande 
conhecimento no uso do computador. 
 
Baseado no fabricante Atos (2006), outra distinção dos CLPs é que esses são 
desenvolvidos especificamente para operar em ambientes industriais, podendo 
operar em áreas com grande quantidade de ruídos elétricos, interferências 
eletromagnéticas, vibrações mecânicas, altas temperaturas e umidade, conforme 
especificação de cada fabricante. 
 
Para Vianna (2008), um Controlador Lógico Programável apresenta as 
seguintes características básicas: 
– dispositivo de controle com programação ou reprogramação com a mínima 
interrupção da produção; 
– capacidade de operação em ambiente industrial; 
– sinalizadores de estado e, quando modular, módulos tipo plug-in de fácil 
manutenção e substituição; 
– hardware ocupando o mínimo de espaço, com baixo consumo de energia; 
– possibilidade de monitoramento do estado e operação do processo ou sistema, 
através da comunicação com computadores; 
– compatibilidade com diferentes tipos de sinais de E/S; 
– capacidade de alimentar, de forma contínua ou chaveada, cargas que consomem 
correntes de até 2A; 
 15 
– hardware de controle que permite a expansão dos diversos tipos de módulos, de 
acordo com a necessidade (quando modular); 
– custo de compra e instalação competitivo em relação aos sistemas de controle 
convencionais; 
– possibilidade de expansão da capacidade de memória; 
– conexão com outros CLPs através de rede de comunicação. 
 
2.2 UTILIZAÇÃO E APLICAÇÕES 
 
Vianna (2008) afirma que o Controlador Lógico Programável tem o objetivo de 
automatizar os processos industriais, tendo sua aplicação tanto na área de 
automação da manufatura, de processos contínuos, elétrica, predial, entre outras. 
Existem diversos ramos de aplicações industriais onde se podem aplicar os CLPs. 
Entre eles estão: 
– máquinas industriais (operatrizes, injetoras de plástico, têxteis, calçados); 
– equipamentos industriais para processos (siderurgia, papel e celulose, 
petroquímica, química, alimentação, mineração, etc.); 
– equipamentos para controle de energia (demanda, fator de carga); 
– controle de processos com realização de sinalização, intertravamento e controle 
PID; 
– aquisição de dados de supervisão em: fábricas, prédios inteligentes, etc.; 
– bancadas de teste automático de componentes industriais. 
 
O mesmo autor ainda acrescenta que a tendência dos CLPs é possuírem 
custo reduzido, mais inteligência, facilidade de uso e massificação das aplicações. A 
utilização deste equipamento não é apenas nos processos, mas também nos 
produtos (eletrodomésticos, eletrônicos, residências e veículos). 
 
Segundo PEREIRA (2009). Vivemos num mundo em constante evolução 
tecnológica. Os automatismos entraram de tal maneira nos nossos hábitos que 
muitas vezes nem nos damos conta de como nos facilitam a vida; estão presentes 
nas escadas rolantes, nas portas automáticas, nos caixas eletrônicos, nos 
elevadores, nos semáforos, no controle da iluminação, nos edifícios inteligentes, nas 
 16 
linhas de montagem das fábricas e de uma maneira geral nas instalações onde é 
necessário implementar um processo de manobra, controle, sinalização ou outro. 
 
 
2.3 CLASSIFICAÇÃO DOS CLPs 
 
Brune (2005) classifica tipicamente os Controladores Lógicos Programáveis 
pelo seu porte em função do número de pontos de entradas e saídas. CLPs de 
pequeno porte possuem até 128 pontos de E/S; os de médio porte possuem entre 
128 e 512 pontos de E/S; já os de grande porte possuem mais de 512 pontos de 
E/S. 
 
O autor ainda menciona que os CLPs de grande e médio porte geralmente 
possuem arquiteturas modulares, ou seja, os pontos de E/S podem ser expandidos 
na forma de módulos, distribuídos localmente ou através de redes (E/S remoto). 
Existem CLPs de pequeno porte, modulares, mas para atingir metas de baixo custo 
e dimensões reduzidas, na maioria das vezes são oferecidos em arquiteturas 
compactas, isto é, com todos os elementos em um único chassi (fonte de alimen-
tação, UCP, memória, interfaces de comunicação e programação e pontos de E/S). 
 
A figura 1 apresenta um exemplo de CLP compacto. 
 
 
Figura 1: CLP compacto da linha GENIE, fabricante Rucken. 
Fonte: Rucken (2010, p. 16). 
 
 
Segundo Franchi e Camargo (2009), atualmente até mesmo os CLPs de 
pequeno porte já suportam uma diversidade de módulos especiais (normalmente 
vendidos como opcionais), tais como: 
 17 
– E/S analógicas; 
– contadores rápidos; 
– módulos de comunicação; 
– IHM; 
– expansões de E/S. 
 
Os mesmos autores relatam que os CLPs, compostos por uma estrutura 
modular, apresentam em cada módulo uma determinada função a ser executada. 
Normalmente, possuem processador e memória em um único gabinete. Já o sistema 
de E/S é decomposto em módulos de acordo com suas características. São 
colocados em posições predefinidas no rack do equipamento e acrescentadas de 
acordo com a necessidade da aplicação. Os principais elementos que formam o CLP 
modular são: rack, fonte de alimentação, CPU e módulos de E/S. 
 
Carvalho (2004) afirma que a maioria dos CLPs modulares pode apresentar 
redundância em qualquer um de seus módulos, conforme a necessidade. 
 
Para Franchi; Camargo (2009, p. 43). “Os CLPs modulares vão desde os 
denominados MicroCLPs, que suportam uma pequena quantidade de E/S até os de 
grande porte, que tratam até milhares de pontos de E/S”. 
 
A figura 2 mostra um exemplo da arquitetura de um CLP modular: 
 
 
 
 
Figura 2: Estrutura básica de um CLP modular. 
Fonte: Franchi e Camargo (2009, p. 43). 
 
 
 18 
A figura 3 traz um exemplo de CLP modular – o CLP CJ1 do fabricante 
OMRON. Esse dispositivo possui mais de 60 tipos de unidades de expansão que se 
comunicam com vários tipos de rede. 
 
 
 
Figura 3: CLP modular (Módulos do CLP CJ1 da OMRON). 
Fonte: Pereira (2009c, p. 18). 
 
 
2.4 ARQUITETURA E PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
 
Embora existam tamanhos e complexidades diferentes, todos os sistemas de 
controle por meio de CLP podem ser divididos em três partes com funções bem 
definidas: os transdutores (sensores), os controladores e os atuadores (FRANCHI; 
CAMARGO, 2009). Um sistema de controle simples está representado na figura 4. 
 
 
 
 
Figura 4: Representação do sistema de controlede CLP. 
Fonte: adaptado de Franchi e Camargo (2009 p. 19). 
 
 
Os autores acima afirmam que os CLPs podem ser programados para 
executar instruções que controlam dispositivos, máquinas, operações e processos 
pela implementação de funções específicas, como lógica de controle, 
sequenciamento, controle de tempo, operações aritméticas, controle estático, 
controle de malha, transmissão de dados, etc. 
 
 
 
 
 19 
2.4.1 Estrutura básica do CLP 
 
No entendimento de Ribeiro (2001), o CLP tem sua estrutura baseada no 
hardware de um computador com propósito específico em três áreas funcionais e 
uma interface de comunicação: 1) unidade de processamento central; 2) memória; e 
3) interfaces de entrada e de saída, todas elas alimentadas por uma ou várias fontes 
de alimentação. 
Vianna (2008) descreve que a principal diferença entre um controlador lógico 
programável e um computador comum está na qualidade da fonte de alimentação, 
sendo que o CLP possui características ótimas de filtragem e estabilização, 
interfaces de E/S imune a ruídos e um invólucro específico para aplicações 
industriais. 
 
Outra diferença que Ribeiro (2001) apresenta é a operação sequencial, que 
no CLP é executada na ordem como foram programadas, enquanto na estrutura do 
programa do PC, a execução da tarefa é feita em qualquer ordem, como mostra a 
figura 5. Ainda, diferente de um PC comum, o CLP normalmente deve carregar o 
programa de instruções de um terminal externo para funcionar conforme 
programado. A unidade de programação deve ficar separada, fora da operação do 
CLP, para carregar os programas de controle para a memória do controlador. 
 
 
 
Figura 5: Estrutura de programa do PLC (A) e PC (B). 
Fonte: Ribeiro (2001, p. 95). 
 
 
 
 20 
O autor ainda descreve que os sinais de entrada do CLP são recebidos 
externamente e suas condições são armazenadas na memória, onde são 
executadas as instruções lógicas programadas dos módulos de entrada. As 
condições geradas de saída servem para acionar os equipamentos coligados. A 
ação tomada depende totalmente do software de controle mantido na memória do 
CLP. 
A figura 6 ilustra um diagrama de blocos simplificado do hardware de um CLP. 
 
 
Figura 6: Diagrama de blocos do hardware de um CLP. 
Fonte: adaptado de WEG (2007, p. 10). 
 
 
a) Unidade Central de Processamento (UCP) 
 
“Também conhecida como CPU (Central Processing Unit), é a unidade 
responsável pela execução do programa aplicativo e pelo gerenciamento do 
processo” (FRANCHI; CAMARGO, 2009, p. 36), ou seja, “ela controla e supervisiona 
todas as operações dentro do CLP, executando as instruções programadas e 
armazenadas na memória” (RIBEIRO, 2001, p. 9.12). 
 
Franchi e Camargo (2009) relatam que a UCP recebe os sinais digitais e 
analógicos dos sensores do campo conectados aos módulos de entrada, e também 
recebe os comandos via comunicação em rede (quando for o caso). Em seguida, 
executa as operações lógicas, as operações aritméticas e avançadas, como as de 
controle de malha programadas na memória do usuário, e atualiza os cartões de 
saída. 
b) Memórias 
 
As memórias, segundo Franchi e Camargo (2009), são divididas em duas 
partes: instruções do programa executivo, que controla as atividades da CPU, e 
instruções do programa de aplicação do usuário, esta última parte expansível. 
 21 
– Memória de programa: responsável pelo armazenamento do programa 
aplicativo, desenvolvido pelo usuário para desempenhar determinadas tarefas; 
– Memória de dados: local utilizado pela UCP para armazenamento temporário de 
dados. 
 
c) Módulos de entrada/saída (E/S) 
 
Os módulos de E/S, também conhecidos como módulos Input e Output (I/O), 
fazem a interface entre os sinais externos e a UCP do CLP. Esses módulos podem 
ser de corrente contínua ou alternada, analógicos ou digitais. 
Para Ribeiro (2009, p. 21). Os módulos E/S usam vários circuitos de interface 
para receber os sinais proporcionais às variáveis do processo como pressão, 
temperatura, vazão, nível, movimento, posição, análise, vibração. Os terminais do 
módulo de entrada recebem sinais de fios ligados a chaves, indicadores e outros 
equipamentos de informação de entrada. Os terminais do módulo de saída fornecem 
tensões de saída para energizar motores e válvulas e operar equipamentos de 
indicação. 
 
 
d) Sistema de comunicação 
 
Brune (2005 p.21) “A troca de dados, mensagens e informações acontece por 
meio uma interface de comunicação que utiliza canais de comunicação, 
normalmente do tipo RS-232 e RS-485 e um protocolo de comunicação apropriado”. 
 
Para Franchi e Camargo (2009), é por meio da interface de comunicação que 
são inseridos os programas aplicativos no CLP e é também através dela que é 
possível monitorar todas as operações que estão ocorrendo em um determinado 
instante. O sistema de comunicação pode ocorrer com vários CLPs, eles podem 
estar interligados em rede com um CLP mestre, através de um modem, ou via 
internet. 
 
Segundo Prudente (2010), na maioria das vezes os fabricante do CLP tem o 
seu próprio protocolo de comunicação. Geralmente, a comunicação é possível 
somente por meio da utilização de equipamentos da mesma empresa, mesmo 
existindo vários protocolos internacionais padronizados. A tipologia de protocolos de 
comunicação existente no mercado varia (rede Internet, rede local Ethernet, 
 22 
Fondation Fieldbus, Modbus, Profibus DP e PA, DeviceNet, AS-interface – ASI, etc.), 
e cada uma tem suas particularidades. 
 
e) Fonte de alimentação 
 
Para Prudente (2007), a fonte de alimentação é empregada para transformar 
uma tensão alternada de rede (normalmente 220V) em uma tensão contínua 
(geralmente 12/24V) para o funcionamento da UCP e dos dispositivos de entrada 
(sensor, transdutor, botões, etc.). A fonte de alimentação empregada no CLP pode 
ser interna ou externa. 
 
f) Dispositivos de programação e de leitura 
 
Os dispositivos de programação e de leitura, para Franchi e Camargo (2009), 
não constituem a estrutura física dos CLPs, mas são de grande importância, pois 
são os diversos dispositivos periféricos que, quando conectados aos CLPs, realizam 
a Interface Homem/Máquina (IHM). 
 
“Pode ser um equipamento dedicado, ou seja, um terminal que só tem 
utilidade como programador de um determinado fabricante de CLP, ou um software 
que transforma um computador pessoal em um programador” (VIANNA, 2008, p. 26). 
 
Franchi e Camargo (2009) afirmam que a grande maioria dos fabricantes 
fornece ou vende pacotes de software para que a programação e a edição sejam 
feitas em um microcomputador. O programa, depois de editado, é transferido para o 
CLP através de uma mídia removível ou por meio de uma rede de comunicação. 
 
Conforme Vianna (2008) é nesse periférico, por meio de uma linguagem que 
pode ser entendida pelo processador do CLP, que é feita a codificação das 
informações vindas do usuário. Dependendo do tipo de Terminal de Programação 
(TP), poderão ser realizadas funções como: 
– introdução do programa de aplicação na memória dos CLPs; 
– elaboração do programa do usuário; 
– análise do conteúdo dos endereços de memória; 
– introdução de novas instruções; 
– modificação de instruções já existentes; 
 23 
– monitoramento do programa do usuário; 
– cópia do programa do usuário em disco ou impressora; etc. 
 
2.4.2 Execução do CLP – ciclo de varredura (scanning) 
 
Para Moraes e Castrucci (2007), o CLP executa uma sequência de operações 
definidas num programa aplicativo definido pelo usuário. Estas operações estão 
condicionadas à ocorrência de estímulosexternos ou entradas. Dada uma 
determinada combinação de entradas, o CLP vai processar essa combinação e 
aplicar aos dispositivos conectados a suas interfaces de saída o sinal ou sinais 
associados àquela combinação de entradas. A esta sequência de leitura das 
entradas, processamento e atualização das saídas se dá o nome de ciclo de 
varredura ou scanning. 
 
Conforme o fabricante WEG (2007), com a partida, o CLP executará os 
seguintes processos: 
1. transferirá os sinais existentes na interface de entrada para a memória de dados 
(RAM); 
2. iniciará a varredura do software aplicativo, armazenando na memória de 
programa (scan), utilizando os dados armazenados na memória de dados. Dentro 
deste ciclo, executará todas as operações que estavam programadas no software 
aplicativo, como intertravamentos, habilitação de temporizadores/contadores, 
armazenagem de dados processados na memória de dados, etc; 
3. concluída a varredura do software aplicativo, o CLP transferirá os dados 
processados (resultados de operações lógicas) para a interface de saída. 
Paralelamente, novos dados provenientes da interface de entrada irão alimentar 
a memória de dados. 
 
A figura 7 mostra os processos ocorridos no ciclo de scan de um CLP 
convencional. 
 
 24 
 
 
 
Figura 7: Scanning de um CLP básico. 
Fonte: adaptado de Pereira (2009b, p. 24). 
 
 
 
 
 
2.5 SOFTWARE DO CLP 
 
Pereira (2009b, p.24) considera um sistema automatizado como sendo 
constituído por dois grupos: a parte operativa e a parte de comando (figura 8). 
– parte operativa: é o sistema responsável por fornecer toda a informação à parte 
de comando, é também a física que se pretende automatizar; 
– parte de comando: responsável pelas ordens de saída em função do software 
de controle e das informações fornecidas pela parte operativa. 
 
 
 
 
Figura 8: Estrutura de um sistema automatizado com CLP. 
Fonte: Pereira (2009b, p. 24). 
 
 
 25 
Udo (2006) menciona que para o CLP executar a função de automação para 
o qual foi designado, é necessária a elaboração de um conjunto de instruções, as 
quais definirão o comportamento das saídas, em função de vários fatores, entre eles 
o estado das entradas. A esse conjunto de instruções dá-se o nome de programa ou 
software de intertravamento, ou simplesmente programa de CLP. 
 
O software deve ser de ótima qualidade, pois qualquer falha poderá 
consequentemente representar um grande problema no meio físico externo em que 
irá atuar. Da mesma forma como a execução desse, as informações recebidas por 
ele também devem ter consistência, pois serão armazenadas em variáveis utilizadas 
no processo de operação do software do CLP. 
Conforme Capelli (2007), há inúmeras variáveis que podem compor um CLP: 
circuitos lógicos, chaves, sensores, circuitos e sinais de outros CLP’s, que darão 
origem ao processamento e este irá gerar os sinais adequados para as aplicações 
conexas às saídas. 
 
2.5.1 Etapas de desenvolvimento e peculiares do software 
 
Baseado no fabricante WEG (2007), aspectos do software devem ser levados 
em consideração, pois além do número de pontos de E/S, o que determina a 
utilização de um CLP são os recursos de software disponíveis, isto é, as funções 
que ele pode executar. Todos os CLP’s possuem as seguintes funções básicas de 
software: 
– lógica (AND, OR, XOR e NOT); 
– SET e RESET; 
– temporização e contagem; 
– cálculos com aritmética básica (+,-,x,/); 
– parênteses (operador de precedência); 
– comparação de valores; 
– registrador de deslocamento; 
– salto. 
 
Para o fabricante, à medida que os CLP’s têm sua capacidade de 
processamento aumentada, surge a necessidade de funções de software mais 
avançadas, tais como: 
 26 
– cálculos com ponto flutuante; 
– cálculos integrais e trigonométricos; 
– malhas de controle PID; 
– posicionamento; 
– contagem rápida; 
– leitura de sinais analógicos; 
– leitura de sinais de temperatura; 
– linearização de sinais analógicos; 
– lógica fuzzy; 
– outros. 
 
Prudente (2010) afirma que antes de iniciar a programação é preciso saber 
com clareza e exatidão como e o quê se quer que a máquina produza e desenvolva. 
É importante saber como a máquina deve se comportar em todas as situações 
durante o trabalho. Isso significa, em poucas palavras, que é preciso definir um 
algoritmo para resolver problemas. Só depois de traduzido o algoritmo pode-se 
convertê-lo em uma linguagem de programação reconhecido pelo CLP. 
 
Na figura 9 estão representados os passos para o desenvolvimento de um 
programa de CLP, que vai desde o levantamento do objetivo do equipamento 
(problema) até a implantação e execução do software no CLP. 
 
 
 
 
Figura 9: Etapas do desenvolvimento de um programa para CLP. 
Fonte: baseado em Freitas (2006) e Franchi e Camargo (2009). 
 
 
2.6 INTERFACE SERIAL 
 
 Atualmente o protocolo de comunicação RS-232, esta sendo substituído pela 
interface USB. O protocolo USB tem uma velocidade muito alta comparada à porta 
 27 
serial e é melhor suportado pelo software. Com isso, as placas-mãe fabricadas para 
usuários comuns, denominadas “livres de legado” (legacy-free) atualmente estão 
sendo produzidas sem circuitos RS-232. O protocolo continua sendo utilizado 
principalmente em periféricos para pontos de venda (impressoras fiscais, caixas 
registradoras, leitores de códigos de barra ou fita magnética) e para a área industrial 
(dispositivos de controle remoto). 
 
O envio de caracteres no protocolo de comunicação RS-232 é feito um a um 
como um conjunto de bits. Entre as formas de codificação, a mais utilizada é o 
“Start-Stop assíncrono”, que utiliza um bit de inicio, na sequencia, sete ou oito bits 
de dados, um bit de paridade e de um a dois bits de paragem, sendo necessário de 
10 bits para enviar um único caractere. Desta forma, há uma necessidade de dividir 
por um fator de dez a taxa de transmissão para poder obter velocidade no envio do 
caractere. 
 
A maioria dos dispositivos que tem a conexão serial, não utiliza grande parte 
dos pinos do conector, o que torna comum que as máquinas economizem espaço e 
dinheiro utilizando conexões menores. Em função disso, é muito comum encontrar 
dispositivos que possuam conexão serial de 25 pinos, mas que estão conectados a 
um cabo que na outra extremidade possua somente 9 pinos. 
 
Esta conexão é recomendada para conexões curtas (até 15 metros). Os 
sinais da porta serial variam de 3 a 15 volts positivos ou negativos, os valores 
próximos de 0 não são considerados sinais validos. 
 
 28 
 
Figura 10: Conector serial de 9 pinos (DB9). 
Fonte: Wikipedia 
 
2.7 TRANSISTORES 
 
Em 23 de dezembro de 1947, Walter H. Brattain e John Bardeen fizeram uma 
demonstração da função de amplificação do primeiro transistor nos laboratórios da 
empresa Bell Telephone. As vantagens do transistor em relação às válvulas eram 
obvias, era menor, mais leve, não necessitava ser aquecido e nem apresentavam 
perda por aquecimento. O transistor era robusto e muito mais eficiente do que as 
válvulas, podendo ter seu funcionamento interrompido ou reestabelecido 1 bilhão de 
vezes em apenas 1 segundo. 
 
 Segundo Robert L. Boylestad e Louis Nashelsky, “o transistor é um 
semicondutor que consiste em duas camadas de material do tipo n e uma camada 
do tipo p ou em duas camadas do tipo p e uma camada do tipo p. O primeiro é 
denominado transistor npn e o outro, transistor pnp”. 
 
Os transistores possuem três terminais, Coletor, Base e Emissor. Em 
qualquer um dos dois tipos de transistores, pnp ou npn, um dos terminais recebea 
tensão elétrica e o outro envia, porém, a tensão somente passara pelo transistor, se 
o terceiro terminal (Base) recebe uma tensão para ativar. Quando não recebe, ele 
corta a transmissão. 
 29 
 
Figura 11: Exemplo de transistor (BC337 NPN). 
Fonte: Site Bitsbox 
 
 
 
2.8 PONTE H 
 
 É um circuito eletrônico que permite controlar um motor DC. Quando um 
motor DC é ligado a um micro controlador, este não possui corrente suficiente para o 
funcionamento correto do motor. A ponte H, que pode ser visualizada na figura 
abaixo, é montada com transistores que conseguem aumentar o ganho da corrente 
oriunda do micro controlador. 
 
 
 30 
Figura 12: Exemplo de ponte H. 
Fonte: Site Arduino By My Self 
 
 
 Existem duas formas de se utilizar a ponte H, a meia ponte (HALF BRIDGE), 
que é a mais básica, utiliza somente dois transistores, porem necessita de duas 
fontes de alimentação e a ponte H completa (FULL BRIDGE), utiliza pelo menos 
quatro transistores e apenas uma fonte de alimentação. 
 
 
2.9 MICRO CONTROLADORES 
 
Um micro controlador é um tipo de microcomputador, o micro controlador 
possui um processador interno, memoria e também dispositivos de entrada e saída. 
O seu microprocessador pode ser programado para diversas funções, ao contrario 
de microprocessadores utilizados em computadores. 
 
A frequência do clock do processador é de poucos MHz (Megahertz), ou até 
menos. O micro controlador trabalha em uma frequência muito baixa em relação aos 
microprocessadores de computadores, eles são adequados para sistemas robustos, 
como operar maquinas pequenas, esteiras e especialmente projetos na área da 
robótica. Consome muito menos energia, enquanto estiver em funcionamento, pode 
 31 
consumir alguns miliwatts, mas ele pode entrar em modo de espera, aguardando por 
comandos, neste caso pode chegar a consumir até alguns nanowatts. 
 
 
Figura 13: Exemplo de micro controlador. 
Fonte: Atmel 
 
 
 
 
 
 
 32 
3 TRABALHOS RELACIONADOS 
3.1 ARDUINO 
 
Arduino é uma placa eletrônica, que foi projetada com o foco em usuários que 
não tem acesso a uma plataforma de controladores mais sofisticados. A flexibilidade 
que ela oferece é muito grande, pois a programação é livre, seu custo é baixo e 
pode ser utilizada em uma grande quantidade de segmentos. 
 
Figura 14: Arduino Uno. 
Fonte: Arduino.cc 
 
O Arduino pode ser utilizado de duas formas, com a programação embarcada 
no micro controlador, não dependendo de comandos, ou pode ser conectada a um 
computador, agindo de forma interativa. A placa pode ser conectada ao computador 
pela interface serial ou USB. No hardware não há a conexão para os recursos de 
rede, porém, pode ser facilmente utilizada uma extensão disponível, denominadas 
Shields. 
 
Sua construção teve inicio na cidade de Ivrea, Itália, em 2005. Seu principal 
intuito era ser utilizado em escolas, para projetos escolares, o que reduziria o custo 
das escolas, pois era mais barato que os outros sistemas disponíveis na época. Em 
outubro de 2008, já havia vendido mais de 50.000 placas. 
 
 33 
Como já dito, a plataforma pode ser alterada adicionando Shields, o fabricante 
tem a disposição dos usuários, um sistema de venda, que, pode ser adquirido a 
placa pronta, com as Shields embutidas, dispensando a alteração da placa quando 
for utilizada pelo usuário. 
 
3.1.1 Plataforma – Hardware 
 
A placa é formada por um micro controlador Atmel AVR de 8 bits, com alguns 
componentes que facilitam a programação. Os Arduinos originais utilizam os 
seguintes processadores: ATmega8, ATmega168, ATmega328 e a ATmega1280. 
 
Segundo o fabricante, a maioria das placas inclui um regulador linear de 
5 volts e um oscilador de cristal de 16 MHz, embora alguns esquemas como 
o LilyPad usam até 8 MHz e dispensam um regulador de tensão embutido, por ter 
uma forma específica de restrições de fator. Além de ser microcontrolador, o 
componente também deve ser pré-programado com um bootloader que simplifica o 
carregamento de programas para o chip de memória flash embutido. 
 
Quando seu software é utilizado, ele monta todas as placas sobre uma 
programação de conexão serial RS-232, mas a sua maneira pode ser variável 
conforme cada versão. Sua placa serial contém um circuito inversor entre os sinais 
dos níveis RS-232 e TTL. Existem alguns métodos diferentes para realizar a 
transmissão dos dados, como adicionar placas programáveis via USB, através de 
um chip adaptador USB-para-Serial como o FTDI FT232. Algumas variantes, como o 
Arduino Mini e o não oficial Boarduino, usam um cabo adaptador USB, bluetooth ou 
outros métodos. Nestes casos, são usados com ferramentas microcontroladoras ao 
invés do Arduino IDE, utilizando assim a programação padrão AVR ISP. 
 
A maioria das conexões de E/S do micro controlador são para uso de outros 
circuitos. A versão Diecimila, por exemplo, disponibiliza 14 pinos digitais, dos quais 6 
podem produzir sinais MLP, além de 6 entradas analógicas. Estes estão disponíveis 
em cima da placa, através de conectores fêmeas de 0,1 polegadas (ou 
0,25 centímetros). 
 
 34 
O modelo Nano, Boarduino e placas compatíveis com estas, fornecem 
conectores machos na parte de baixo da placa, para serem plugados em 
protoboards. 
 
 
3.1.2 Software 
 
O fabricante tem disponível gratuitamente o software para programação da 
placa. O Arduino IDE é um programa escrito em Java na qual é derivada dos 
projetos Processing e Wiring. Sua programação é fácil e não exige um nível de 
entendimento muito alto para criar os códigos. O seu editor de código possui 
recursos de realce de sintaxe, possibilitando compilar e carregar o codigo para a 
placa com um clique único. Não necessitando editar Makefiles ou executar linhas de 
comando. 
 
Sua biblioteca "Wiring” possui a capacidade de ser programada em C/C++. 
Permitindo, com facilidade criar varias operações de entrada e saída, a única coisa 
que é necessário, é definir duas funções fazer um programa funcional: 
setup() – Inserida no inicio, na qual pode ser usada para inicializar 
configuração, e 
loop() – Chamada para repetir um bloco de comandos ou esperar até que seja 
desligada. 
 
Para fazer um primeiro teste, o primeiro código que é gravado e executado, 
tem a função de piscar um LED. Este código está, como vários outros, disponíveis 
no site original do Arduino. Deve ser inserido no ambiente de desenvolvimento, o 
código a seguir: 
# define LED_PIN 13 
 
void setup () { 
 pinMode (LED_PIN, OUTPUT); // habilita o pino 13 para saída digital (OUTPUT). 
} 
 
void loop () { 
 digitalWrite (LED_PIN, HIGH); // liga o LED. 
 delay (1000); // espera 1 segundo (1000 milissegundos). 
 digitalWrite (LED_PIN, LOW); // desliga o LED. 
 delay (1000); // espera 1 segundo. 
} 
 
 35 
Se o código acima fosse transferido exatamente desta forma para a placa, ele 
não seria visto como um programa valido, quando ele é carregado para a placa, o 
arquivo é alterado com um cabeçalho, e uma simples função, mostrado abaixo: 
# include "WProgram.h" 
# define LED_PIN 13 
 
void setup () { 
 pinMode (LED_PIN, OUTPUT); // habilita o pino 13 para saída digital (OUTPUT). 
} 
 
void loop () { 
 digitalWrite (LED_PIN, HIGH); // liga o LED. 
 delay (1000); // espera 1 segundo (1000 milissegundos). 
 digitalWrite (LED_PIN, LOW); // desliga o LED. 
 delay (1000); // espera 1 segundo. 
} 
 
int main(void) 
{ 
 init();setup(); 
 
 for (;;) 
 loop(); 
 
 return 0; 
} 
 
O Arduino IDE utiliza as ferramentas GNU e o AVR Libc para compilar os 
programas, após, com o avrdude, envia os programas para a placa. 
 
 
3.1.3 Aplicações 
 
O arduino tem como finalidade principal, facilitar a implementação do controle 
de sistemas interativos, baseado no funcionamento do CLP. A diferença é a área de 
atuação, o CLP é aplicado a ambientes industriais, já o Arduino, se aplica a 
ambientes domésticos ou iniciais. 
 
O campo de atuação é enorme, podendo controlar sistemas como: robótica, 
controle de ambientes pequenos, impressão 3D. 
 
3.1.4 Configuração oficial 
 
É fabricado pela companhia Italiana Smart Projects, mas a SparkFun 
Eletronics, uma empresa estadunidense, também possui alguns modelos sobre a 
mesma licença. 
 36 
Estes são os 11 modelos que já foram produzidos e comercializados: 
Modelo Descrição e tipo de conexão ao hospedeiro Controlador 
Serial Arduino Serial DB9 para programação ATmega8 
Arduino 
Extreme 
USB para programação ATmega8 
Arduino Mini 
Versão em miniatura do Arduino 
utilizando montagem superficial 
ATmega168 
Arduino Nano 
Versão menor que o Arduino Mini, 
energizado por USB e conectado por 
montagem superficial 
ATmega168/328 
LilyPad 
Arduino 
Projeto minimalista para aplicações 
portáteis, utilizando montagem superficial 
ATmega168 
Arduino NG USB para programação ATmega8 
Arduino NG 
plus 
USB para programação ATmega168 
Arduino BT interface bluetooth para comunicação ATmega168 
Arduino 
Diecimila 
Interface USB 
Atmega168 em um 
pacote DIL28(foto) 
Arduino 
Duemilanove 
Duemilanove significa "2009" em italiano. É 
energizado via USB/DC, com alternação 
automática 
Atmega168 (Atmega328 
para a versão mais nova) 
Arduino Mega Montagem superficial 
ATmega1280 para E/S 
adicionais e memória 
Arduino Uno 
Utiliza Atmega8U2 para driver conversor 
Serial-USB, ao invés do FTDI. 
"Uno" significa "Um" em italiano. 
Esta versão é considerada a versão 1.0 do 
projeto, sendo que as placas que sucederem 
a esta serão referenciadas. 
ATmega328 
Quadro 1: Modelos de Arduino 
Fonte: Arduino Wikipedia 
 
3.1.5 Clones 
 
O Arduino é um projeto aberto para a criação de produtos paralelos ao 
original, mesmo com o hardware e software sendo projetados sob licenças Copyleft. 
Os fabricantes estão mostrando um desejo que o nome “Arduino”, seja de uso 
exclusivo. Não sendo permitido o uso do nome para trabalhos de terceiros. 
 37 
Com isso, foi criado um projeto alternativo por um grupo de usuários, baseado 
na versão Diecimila, chamado de Freeduino, deixando o nome sem uso de direito 
autoral, e é permitido o seu uso para qualquer fim. 
 
Para se manter no comercio, alguns clones incluem no nome a terminação 
“duino” como forma de fazer referencia do dispositivo original. 
 
Abaixo segue alguns modelos existentes no mercado, que são quase ou 
totalmente compatíveis com o hardware e software original utilizado no Arduino: 
Modelo Descrição 
Freeduino 
SB 
Fabricado e vendido como mini-kit pela Solarbotics Ltd. 
Freeduino 
MaxSerial 
Placa com porta padrão serial DB9, fabricado e vendido em pacote ou 
em partes pela Fundamental Logic. 
Freeduino 
Through-
Hole 
Superfície montada, fabricada e vendida como um pacote pela NKC 
Electronics. 
Illuminato 
Utiliza ATMega645 ao invés de um ATMega168. Disponibiliza 64k de 
flash, 4K de RAM e 32 pinos gerais de E/S. O Hardware e firmware 
são código aberto. Projetada para ter uma aparência esbelta e tem 10 
LEDs que podem ser controlados usando uma instrução "oculta" . é 
desenvolvida pela Liquidware. 
Metaboard 
Projetada para ter pouca complexidade e baixo preço. O hardware e 
firmware são código aberto. É desenvolvida pela Metalab, um 
hackerspace em Viena. 
Seeeduino Derivada da Diecimila. 
eJackino 
Pacote da CQ no Japão. Similar ao Seeeduino, podendo utilizar placa 
universais como os shields. Na parte de trás, há uma "estação 
Akihabara" de seda, parecido com o do Arduino. 
Wiseduino 
Placa microcontroladora, incluindo um relógio de tempo 
real (RTC) DS1307, com bateria reserva, um chip 
EEPROM 24LC256 e um conector para adaptadores XBee. 
Brasuíno 
Baseada no Arduino Uno, mas redesenhada com o software 
livre KiCAD. Mantém compatibilidade com o Arduino Uno original, 
com algumas melhorias. O hardware é licenciado como GPL. 
Desenvolvida, fabricada e comercializada pela Holoscópio, do Brasil. 
Quadro 2: Modelos clone de Arduino 
Fonte: Arduino – Wikipedia 
 
 
 
 
 38 
3.1.6 Placas sem ATmega 
 
As seguintes placas aceitam os Shields para o Arduino, mas não utilizam os 
micro controladores da ATmega . São incompatíveis com o programa original, 
entretanto, por causa de terem os requerimentos para funcionar os shields, podem 
trabalhar com outras IDEs. 
Modelo Descrição 
Colduino 
Sistema desenvolvido pela BRTOS baseada em arquitetura Freescale 
Coldfire V1. 
ARMmitePRO 
Placa baseada em ARM, programável em BASIC ou C. Fabricada 
pela Coridium. 
Cortino 
Sistema desenvolvido para ARM 32-bit, com um microprocessador 
Cortex M3. 
Pinguino 
Placa baseada num microcontrolador PIC, com suporte USB nativo e 
programável pelo programa oficial mais um IDE construída 
em Python. 
Quadro 3: Modelos sem Micro controlador ATMEGA. 
Fonte: Arduino - Wikipedia 
 
 
3.2 RASPBERRY PI 
 
Raspberry Pi é considerado um “computador”, que tem o tamanho de um 
cartão de crédito, é desenvolvido no Reino Unido pela Fundação Raspberry Pi. O 
Hardware é uma única placa. Seu principal objetivo é estimular o ensino de ciência 
da computação básica em escolas. 
 
Figura 15: Raspberry Pi modelo B. 
Fonte: Site Raspberry 
 
 39 
Segundo o fabricante Farnell Newark o computador é baseado em 
um chip Broadcom BCM2835, que dispõe de um processador ARM1176JZF-S de 
700 MHz, GPUVideoCore IV, e 512 Megabytes de memória RAM. O hardware 
possui somente uma entrada para cartão SD para armazenamento de dados. 
 
No Brasil é possível adquirir uma Raspberry Pi através do distribuidor oficial 
Farnell. O preço está em torno de R$170,00 a R$230,00 , sem o frete incluso. 
 
 
3.2.1 Hardware 
 
Existem dois modelos: Modelo A e Modelo B. A diferença entre os modelos é 
que o Modelo B possui controlador Ethernet e duas portas USB, e o Modelo A 
possui apenas uma porta USB e nenhuma porta Ethernet. 
 
Apesar de não possuir a porta Ethernet, o Modelo A pode ser conectado a 
internet através de um adaptador USB de Ethernet ou Wi-Fi (como os Shields do 
Arduino). 
Especificações: 
 
Modelo A Modelo B 
Preço esperado: US$25 US$35 
SoC: Broadcom BCM2835 (CPU, GPU, DSP, e SDRAM) 
CPU: 700 MHz ARM1176JZF-S core (ARM11 family) 
GPU: 
Broadcom VideoCore IV, OpenGL ES 2.0, 1080p 
decodificador h.264/MPEG-4 AVC 
Memória (SDRAM): 512 MB (compartilhada com GPU) 
Portas USB 2.0: 1 2 (via hub USB integrado) 
Saídas de vídeo: 
RCA Composto (PAL & NTSC), HDMI (rev 1.3 & 1.4), 
Painéis LCD via DSI 
14 resoluções HDMI de 640×350 à 1920×1200 mais diversos 
padrões PAL e NTSC. 
Saídas de áudio: Conector de 3.5 mm, HDMI 
Armazenamento onboard: SD / MMC / slot para cartão SDIO 
Rede onboard: Nenhuma 10/100 Ethernet (RJ45) 
Periféricos de baixo nível: 
8 × GPIO, UART, I²C, SPI com dois seletores de chip, +3.3 V, 
+5 V, terra 
 40 
Power ratings: 500 mA (2.5 W) 700 mA (3.5 W) 
Fonte de energia: 5 volt via MicroUSB ou header GPIO 
Tamanho: 85.60 mm × 53.98 mm 
Sistemas operacionais 
planejados:Debian GNU/Linux, Fedora, Arch Linux, RISC OS 
Quadro 4: Modelos de Raspberry Pi 
Fonte: raspberrypi.org 
 
 
 
 
3.2.2 Software 
 
O Raspberry Pi é compatível com sistemas operacionais baseados em Linux. 
O Raspbian é a distribuição linux oficial do Raspberry Pi e as distribuições Arch 
Linux e Debian são oficialmente suportadas e disponíveis para download. O sistema 
operacional normalmente é armazenado no cartão SD. 
 
Qualquer linguagem que possa ser compilada na arquitetura ARMv6 pode ser 
usada para o desenvolvimento de software. O projeto tem como objetivo 
usar Python como linguagem de referência com suporte à BBC_BASIC. 
 
 
 
 41 
4 MODELAGEM E IMPLEMENTAÇÃO 
 
O projeto desenvolvido foi a montagem de uma placa para controlar um braço 
robótico. O mesmo necessita da ação do usuário ou de um software para dar o 
comando de funcionamento da placa, a qual faz a conversão dos sinais enviados do 
computador, acionando o motor que assume o sentido horário, o anti-horário e o 
nulo (desligado), motor esse que faz com que o braço robótico assuma o estado de 
movimento. Neste capítulo será descrito todo o processo de montagem da placa, 
bem como a demonstração do circuito criado, com as etapas de montagem, firmware 
utilizado no micro controlador e o protocolo de comunicação entre o computador e a 
placa. 
 
 
4.1 DESCRIÇÃO DO PROJETO 
 
Inicialmente foi desenvolvida uma análise dos componentes necessários para 
o funcionamento do braço, o qual é composto por cinco motores que dão movimento 
ao mesmo. Através dessa análise, concluiu-se a viabilidade do projeto. 
 
Na figura 15, pode-se visualizar a imagem de um braço robótico similar ao 
utilizado no projeto, o qual se move em todas as direções através dos cinco motores 
que o compõem. Analisando o braço robótico foi possível constatar quais 
componentes eletrônicos eram necessários para controlá-lo, a exemplo do micro 
controlador, dos resistores, diodos e transistores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 42 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16: Braço robótico similar ao utilizado. 
Fonte: blogdebrinquedo.com.br 
 
 
4.2 CONSTRUÇÃO DO CIRCUITO 
 
A montagem do circuito se deu através da analise dos movimentos do braço 
robótico descrito no capitulo 4.1. A construção da placa foi efetuada em etapas 
utilizando protoboards separadas para cada parte do circuito. 
 
A primeira etapa projetada do circuito foi à ligação entre o computador e a 
placa, foi utilizado um cabo serial com conector DB9, porém não é possível conectar 
a porta serial do computador diretamente ao micro controlador, a tensão fornecida 
pela porta serial é maior que a suportada pelo micro controlador, ocasionando a 
queima do componente. 
 
Então, o primeiro teste feito foi conectar a porta serial ao MAX 232, 
componente utilizado para converter os níveis de sinais da porta serial para níveis 
adequados ao micro controlador. Para fazer este teste, foi feito um “looping” no 
controlador, ligando um pino ao outro do próprio MAX 232. 
 43 
 
Figura 17: Ligação entre porta serial e MAX 232. 
Fonte: Pesquisa 
 
 
Figura 18: Montagem na protoboard do circuito. 
Fonte: Pesquisa 
 
Na figura 17, pode ser observado a ligação entre estes dois componentes, o 
conector serial através dos pinos 2 e 3, conectam-se aos pinos 14 e 13 do MAX 232, 
os pinos 11 e 12 ligados entre si formam o “looping”. Este looping serve como um 
eco para fazer o teste de comunicação. Pode ser observado, que no componente, 
estão ligados quatro capacitores, eles tem a função de “charge pump”, ou seja, 
convertem os sinais de 12V da porta serial do computador para os 3V/5V do micro 
controlador. 
 44 
 
Através do Hyperterminal do Windows ou pelo GTKTERM do Linux, é 
possível conectar-se a porta serial utilizada, com a conexão efetuada quando são 
enviados caracteres pelo teclado do computador, devido ao loop efetuado pelo MAX 
232, é retornado o caractere digitado. 
 
Com esse inicio de comunicação realizada, a próxima etapa foi a ligação do 
micro controlador ATMEGA 1284p ao MAX 232. Na figura 19 pode ser visualizado a 
forma de ligação deste esquema. 
 
 
Figura 19: Ligação do conector até o micro processador. 
Fonte: Pesquisa 
 
 
Figura 20: Montagem do circuito com o micro controlador. 
Fonte: Pesquisa 
 
 45 
O micro controlador foi conectado ao MAX 232 nos pinos que estavam ligados 
entre si anteriormente. O pino 11 do MAX 232 foi conectado ao TXD0 do micro 
controlador e o pino 12 do MAX 232 ligado ao RXD0, ou seja, o primeiro transmite 
os sinais e o segundo recebe. Além destes dois, para poder testar o micro 
controlador, deve ser conectado ao pino 40, uma voltagem de 5V, e ao pino 20 deve 
ser ligado o sinal negativo, ou terra. 
 
Como a comunicação entre o computador e o MAX 232 já estava 
funcionando, para poder testar a comunicação com o micro controlador foi utilizado 
um código que ao receber um determinado caractere, retornava outro caractere. 
Quando era enviado o caractere “a”, retornava “A”, em seguida se fosse enviado o 
caractere “A”, retornava “b”, e assim sucessivamente. 
 
Com esta parte funcionando, foi feito um avanço para a parte que controla os 
motores do braço robótico. Um estudo entre o funcionamento do motor, o sentido e a 
tensão necessária para o funcionamento, resultou que o micro controlador não teria 
a “força” suficiente para o controle dos motores, seriam necessárias Pontes H, que 
são circuitos eletrônicos que permitem o controle de um motor DC junto ao micro 
controlador. 
 
Com a ponte H ligada ao micro controlador, a corrente para girar o motor é 
suficiente, ainda, podendo controlar o sentido horário ou anti-horário em que o motor 
opera. 
 46 
 
Figura 21: Ponte H utilizada para controle dos motores. 
Fonte: Pesquisa 
 
A ponte h é formada por dois transistores BC327 (pnp), quatro transistores 
BC337 (npn), seis resistores 1k2 e seis diodos 1N4007 (no desenho, representado 
por 1N4004, pois o tamanho é o mesmo e o 1N4007 não esta disponível no 
programa utilizado). Os transistores ligados na ponte h permitem o controle do 
sentido dos motores, cada motor deve ser ligado a uma ponte h. Na figura xxxx pode 
ser visualizado que cada lado, possui duas conexões, a conexão do sinal (S1 e S2) 
e a conexão do estado (E1 e E2). 
A ligação da ponte H ao micro controlador é feita por quatro pinos. 
Necessitando ser ativado em conjunto o sinal e o estado para o funcionamento do 
motor. Os dois lados da ponte H não podem ser ativados ao mesmo tempo, pois 
geraria um curto circuito no esquema, podendo danificar ou até queimar o circuito. 
 47 
 
Figura 22: Ligação da Ponte H com o micro controlador. 
Fonte: Pesquisa 
 
Figura 23: Circuito com a Ponte H ligada ao micro controlador. 
Fonte: Pesquisa 
 48 
Como são necessários quatro pinos ligados no micro controlador por ponte H 
e são cinco motores no braço robótico, serão necessários 20 pinos do micro 
controlador. 
 
Basicamente, esta foi a solução para o funcionamento da placa. Como esta 
comunicação já estava pronta, podendo controlar apenas um motor, foi feito uma 
replica da ponte H, assim podendo controlar os cinco motores do braço robótico. 
 
 
Figura 24: Circuito completo. 
Fonte: Pesquisa 
 
Na figura 24, pode ser observado o circuito completo da placa, desde a 
conexão serial para ser conectada ao computador, até o conector dos motores. O 
micro controlador dispõe de até 32 pinos para controle de dispositivos, foram 
utilizados 20, como pode ser visualizado na figura. Como os controladoresde cada 
motor são separados, os cinco motores podem estar em pleno funcionamento ao 
mesmo tempo. 
 
4.3 PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO 
 
Como já descrito no capitulo 4.2, a comunicação com a placa é feita via porta 
serial e sendo utilizado o Hyperterminal do Windows ou o GTKTERM do Linux. 
 49 
 
Os comandos de acionamento da placa são simples, podendo ser acionado 
qualquer motor em qualquer momento, pressionando apenas uma única tecla, pode 
ser ativado o motor, pressionando outra tecla, pode ser invertido o sentido do 
funcionamento do motor. 
 
Para um melhor entendimento, cada pino do micro controlador possui um 
número que é a sua identificação. Para ativar aquele pino é necessário enviar um bit 
para o micro controlador, sendo assim, enviando o bit “0”, o pino do micro 
controlador é desativado, ao enviar o bit “1”, é ativado e permite o funcionamento do 
dispositivo. 
 
Para isso, foi necessário planejar uma forma de enviar os pacotes para o 
micro controlador. Lembrando que cada ponte H é conectada ao micro controlador 
por quatro pinos e dois destes quatro necessitam estar habilitados para o 
funcionamento do motor. 
 
A forma de envio dos pacotes foi definida da seguinte forma: {0,0} e [1,0]. 
Onde, a primeira forma, {0,0}, utilizando de chaves, serve para ativar os chamados 
“sinais” da ponte H e a segunda, [1,0], utilizando de colchetes, serve para ativar a 
função de “ENABLE” da ponte H. 
 
Então, para fazer o funcionamento de um motor, depende de qual porta ele 
esta conectado no circuito, tendo base que o motor estivesse ligado na primeira 
ponte H, observando a figura 24, deve ser enviado os seguintes comandos para o 
micro controlador: {7,1} e [6,1]. O primeiro, se refere ao pino 7 do “PORT A” do micro 
controlador, seguido pela “,”, o bit “1”, habilita o circuito. Já o segundo pacote “[6,1]”, 
utilizando os colchetes, envia para o pino 6 do micro controlador, também o bit “1”, 
habilitando o “ENABLE” da ponte H, com estes dois comandos enviados para o 
micro controlador, a primeira ponte H, envia a corrente para o motor que deve estar 
conectado nos dois primeiros conectores para ligar os cinco motores. 
 
 50 
Para desativar o funcionamento do motor, deve ser enviado outro pacote para 
o micro controlador: {7,0} e [6,0], agora, com o bit “0”, ele desabilita o funcionamento 
do lado esquerdo da ponte H. 
 
Para ativar o sentido contrario do mesmo motor, envia-se um comando 
idêntico, alterando somente os pinos do micro controlador. Para ativar o outro 
sentido, são enviados os pacotes {4,1} e [5,1]. Para desativar o funcionamento, 
novamente deve ser enviado {4,0} e [5,0]. 
Para ativar o funcionamento das outras pontes H, o comando também se 
repete, apenas alterando o numero do pino do micro controlador. Para deixar mais 
de uma ponte H funcionando ao mesmo tempo, somente deve ser enviado o 
comando para o micro controlador, a única restrição é que não se pode ativar os 
dois lados da ponte H ao mesmo tempo. 
 
Ponte H Pino Motor Chave Pino Micro 
controlador 
1 1 S1 PORT B 7 
1 1 E1 PORT B 6 
1 2 E2 PORT B 5 
1 2 S2 PORT B 4 
2 3 S1 PORT B 3 
2 3 E1 PORT B 2 
2 4 E2 PORT B 1 
2 4 S2 PORT B 0 
3 5 S1 PORT C 4 
3 5 E1 PORT C 5 
3 6 E2 PORT C 6 
3 6 S2 PORT C 7 
4 7 S1 PORT A 7 
4 7 E1 PORT A 6 
4 8 E2 PORT A 5 
4 8 S2 PORT A 4 
5 9 S1 PORT A 3 
 51 
5 9 E1 PORT A 2 
5 10 E2 PORT A 1 
5 10 S2 PORT A 0 
Quadro 5: Relação entre a ponte H e os pinos do micro controlador. 
Fonte: Pesquisa 
 
 
 
4.4 PROGRAMAÇÃO DO MICRO CONTROLADOR 
 
A programação do micro controlador foi feita em C, utilizando o programa 
AVR Studio 4. Este programa é gratuito, e tem o logotipo da ATMEL, um dos 
fabricantes de micro controladores. Para transferir o código para o micro controlador 
foi utilizado outro programa bem como um gravador especifico para tal função. 
 
Figura 25: Gravador similar ao utilizado. 
Fonte: Fabricante Elnec 
 
O programa utilizado para gravar o código no micro controlador, é fornecido 
pelo próprio fabricante do gravador e pode ser baixado do site do fabricante, o nome 
do programa é Elnec Pg4uw. Para poder gravar o código, é necessário identificar 
qual micro controlador será utilizado e selecionar o código compilado, quando 
compilado gera um arquivo com a extensão “.hex”, este é o arquivo transferido para 
o micro controlador. 
 52 
 
Para poder começar o programa, foi necessário estudar sobre de que forma o 
programa deveria comunicar com o computador, como que seria feita a 
programação da porta serial, para poder gravar o firmware no micro controlador. 
 
Após vários estudos, visualização de códigos existentes em livros, pode-se 
chegar à forma que seria utilizada. Possivelmente a parte mais difícil da montagem 
da placa. 
 
Depois de implementar a inicialização da porta, o próximo passo foi a 
interação com o usuário. De forma que, quando iniciado o programa, ele fica 
aguardando comandos do computador para poder realizar os movimentos que são 
enviados pelo computador. 
 
A primeira forma de interação foi com o usuário utilizando os protocolos de 
comunicação descritos no capitulo 4.3. O usuário tinha que digitar da forma que 
selecionava o pino do micro controlador e se devia ser ativado ou desativado, 
tornava o sistema lento, pois para poder ativar o motor, o usuário tinha que digitar 10 
caracteres, na sequencia correta, por exemplo, {7,1}[6,1], com este comando, o 
motor ligado a primeira ponte H do circuito, começa a funcionar, para um outro motor 
entrar em funcionamento, podia enviar outro comando com outros pinos do micro 
controlador, mas para entrar em ação o outro lado da ponte H, a primeira deveria 
estar desabilitada. 
 
Para facilitar, foi implementado na programação, que cada caractere do 
teclado assumiria uma função. Assim não necessitando mais ter que digitar todos os 
caracteres. Um exemplo disso é que para fazer funcionar a primeira ponte H, devia 
ser digitado somente o caractere “Q”, quando reconhecido pelo sistema, 
automaticamente atribui ao pino 7 e 6 do micro controlador o sinal “1”. 
Tecla Comando 
Q PORT A {7,1}[6,1] 
A PORT A {7,0}[6,0][5,0]{4,0} 
Z PORT A {4,1}[5,1] 
W PORT A {3,1}[2,1] 
 53 
S PORT A {3,0}[2,0][1,0]{0,0} 
X PORT A {0,1}[1,1] 
E PORT B {7,1}[6,1] 
D PORT B {7,0}[6,0][5,0]{4,0} 
C PORT B {4,1}[5,1] 
R PORT B {3,1}[2,1] 
F PORT B {3,0}[2,0][1,0]{0,0} 
V PORT B {0,1}[1,1] 
T PORT C {7,1}[6,1] 
G PORT C {7,0}[6,0][5,0]{4,0} 
B PORT C {4,1}[5,1] 
P Para todos movimentos 
Quadro 6: Comandos que acionam a placa. 
Fonte: Pesquisa 
 
As teclas podem ser alteradas, foram selecionadas desta forma para poder 
facilitar o funcionamento do sistema, seguindo uma sequencia do teclado. 
 
 
Figura 26: Detalhe do micro controlador sendo gravado. 
Fonte: Pesquisa 
 
 
5 RESULTADOS 
 
 54 
Neste capitulo serão mostrados os resultados obtidos a partir do estudo 
realizado. Para poder analisar os resultados, os motores do braço robótico foram 
ligados na placa desenvolvida para testar os movimentos do braço. 
 
Figura 27: Motores identificados do braço robótico. 
Fonte: blogdebrinquedo.com.br 
 
A placa não exige que os motores do braço robótico sejam ligados em 
sequencia, conforme a figura 27, a sequencia criada com os motores foi apenas por 
começar em uma extremidade e terminar na outra. 
 
Os testes foram feitos da seguinte forma, o motor 1 foi ligado a ponte H 1, o 
motor 2 foi ligado a ponte H 2 e assim sucessivamente, tendo os cinco motores 
conectados a placa, resultando nas seguintes situações. 
 
Quandopressionado a tecla “Q”, o motor 1 do braço robótico moveu-se no 
sentido anti-horário. Pressionando a tecla “A”, o braço parou de mover, ao 
pressionar a tecla “Z” o braço girou no sentido horário. 
 
Para mover o braço para cima e para baixo, a partir do motor 2 utiliza-se as 
teclas “W” e “X”, e para parar de mover nestes sentidos, pressiona-se a tecla “S”. Já 
para movimentar o motor 3 (cotovelo do braço que se movimenta para cima e para 
 55 
baixo), as teclas utilizadas são “E” e “C”, para parar o motor 3, a tecla pressionada 
deve ser o “D”. 
 
O motor 4 que pode ser identificado como o punho da mão, tem seu 
movimento para cima e para baixo, com as teclas “R” e “V”. Para parar de 
movimentar o motor 4, a tecla utilizada deve ser o “F”. Para o ultimo motor (motor 5), 
que faz os movimentos de uma garra, para a abrir e fechar, as teclas são “T” e “B”, 
para parar o movimento da garra, a tecla que possui esta função é a “G”. 
 
O braço robótico pode movimentar mais de um motor ao mesmo tempo, por 
exemplo, quando pressionado a tecla “Q” e a tecla “R”, o braço gira no sentido anti-
horário e o “punho” do braço movimenta-se para cima. Para parar os dois 
movimentos pressiona-se a tecla “P”, que faz com que todos os motores parem de 
funcionar. 
 
Como o braço robótico possui de caixa de redução em cada um dos motores, 
os movimentos do braço não são rápidos, mas os torna muito precisos, facilitando o 
controle do mesmo. 
 
 56 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSÃO 
 
 
Em um primeiro momento, o trabalho serviu para teorizar e formalizar o 
estudo sobre os CLPs, tendo um entendimento maior do seu funcionamento como 
um todo. A contribuição foi significativa para o levantamento das características e 
funcionalidades do dispositivo CLP. 
 
O entendimento de trabalhos como o Arduino e o RaspBerry Pi, tornaram a 
construção da placa possível, embora o conceito de CLP seja muito grande, é 
destinado a automação de industrias e grandes projetos. O projeto desenvolvido foi 
baseado no Arduino e no RaspBerry Pi, tendo como base a arquitetura, capacidade 
de controle e funcionamento. 
 
Com a placa concluída, pode ser visto que a sua aplicabilidade é muito 
grande, uma vez que da forma em que foi desenvolvida, pode controlar muitos 
sistemas. No ramo da automação residencial, a placa pode controlar a abertura de 
cortinas, portas, ligar ou apagar luzes, apenas são necessários algumas adaptações 
ao circuito. 
 
O projeto foi uma complementação dos anos de estudos na faculdade, muitas 
disciplinas puderam ser empregadas para a construção da placa, entendimento dos 
protocolos e formas de funcionamento. 
 
Com o desenvolvimento do projeto, foi aparecendo diversas dificuldades, 
entre elas, estava o pouco conhecimento em dispositivos eletrônicos, componentes 
eletrônicos e etc. 
 
 57 
Com a placa toda desenhada no programa, e feita a transferência para a 
placa virgem, as dificuldades foram aumentando, porque os componentes utilizados 
na construção foram solicitados ao laboratório de engenharia, onde muitos já haviam 
sido utilizados, e alguns até já estavam queimados e guardados novamente. 
 
Este trabalho foi realizado para dar continuidade ao trabalho realizado pelo 
aluno André Luiz Bester com o titulo Processamento de Imagens para Jogos de 
Tabuleiro. Onde a intenção é que um terceiro aluno, faça um planejamento para 
utilizar os dois trabalhos como base e poder uni-los na construção de um sistema 
para jogar “Damas” contra um humano. 
 58 
 
 
 
 
 
 
 
 
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