Lanterna tripla para Night Biking (em desenvolvimento)

O projeto

Decidi desenvolver uma lanterna própria para as pedaladas noturnas em grupo, já que as tradicionais 'Lanternas Táticas' são relativamente fracas.

O projeto consiste em uma lanterna tripla, com um pisca frontal (branco), um pisca traseiro (vermelho) e um farol com duas intensidades. Os piscas possuem 4 funções independentes cada, e as transições entre farol alto e baixo são feitas através de um interessante efeito fade in/out.

Para os pisca foram utilizados leds de 1W, enquanto o farol é composto por 3 leds de 3W. Todos os circuitos são controlados por corrente, fazendo com que a luminosidade seja constante para toda a carga útil das baterias.

Ainda sobre o farol, um regulador Boost dedicado sobe a tensão das baterias para cerca de 10V, e posteriormente um Buck controlado diretamente pelo microcontrolador regula a corrente desejada nos leds, variando lentamente o duty cicle de forma a fazer transições suaves.

Cada pisca possui um led driver dedicado, controlado por corrente.

A placa

 A placa foi feita para ser utilizada em um gabinete comercial comum, o que fez o circuito ficar bastante denso.

É possível notar que em uma das faces da placa praticamente não há componentes. Isto é devido ao fato de um grande dissipador ser necessário para manter os leds de potência em temperaturas adequadas.

Para a alimentação do circuito estou utilizando duas baterias 18650, sendo que a placa está projetada para suportar baterias com e sem circuito de proteção. A bateria da foto é uma Panasonic NCR18650A de 3100mAH, que consegue manter o farol alto ligado por mais de 4 horas. Em farol baixo a autonomia passa de 7 horas ininterruptas. Estou realizando novos testes com baterias Planet Battery de 2100mAH, que são fáceis de encontrar no mercado nacional e possuem um preço mais atrativo.

Para colimar os feixes de luz pretendo utilizar lentes de 5º de abertura, sendo possível assim trabalhar com correntes menores nos leds para ter um resultado prático equivalente, podendo desta forma aumentar a autonomia ou ainda utilizar baterias de menor capacidade.

Mais fotos do progresso do projeto em breve

Trabalho de Conclusão de Curso

Aparência final do projeto apresentado, com cabo e eletrodos 

Como projeto de conclusão de curso no Centro Universitário da FEI, foi posta em prática a ideia de construir um Holter com algumas funções a mais, que seriam basicamente:

• Possibilitar gravação de trechos de áudio ao invés do uso de caderneta;
• Uma espécie de alarme, para quando condições de arritmia acontecessem;
• Uso de cartão Micro SD para redução de tamanho e peso.

Quem já fez o exame de Holter sabe como é incômodo o fato de ter que ficar anotando tudo o que faz durante um dia inteiro, com a menção da hora exata também. No final das contas, o paciente registra muito pouco do que fez durante o dia, comprometendo a inteligibilidade do exame. Nossa proposta é de que a tal caderneta seja substituída por um simples botão, que você pressione e diga o que está fazendo. A voz do paciente seria gravada, juntamente com a hora exata. De certa forma isto incentiva o paciente a registrar mais eventos, pela facilidade envolvida.

Em conjunto com isto, um alarme que 'avisasse' o paciente de que ele deve gravar o que está fazendo foi proposto, de forma que um valor máximo de batimentos por minuto seja configurado pelo médico (levando em conta as características do paciente, como idade, peso, doenças, etc) e quando os batimentos do paciente superarem o limite pré-estabelecido, o Holter começasse a vibrar como um celular e a fazer um 'bip' característico. Este alarme só cessa quando o paciente grava uma nota de voz.

Outro ponto é o tamanho físico dos equipamentos disponíveis no mercado. Alguns hospitais já estão dotados com Holters utilizando cartões de memória no lugar das fitas cassete, mas em muitos outros estes Holters antigos ainda estão em uso. São grandes, pesados, e incomodam até no fato de fazer barulho enquanto a fita gira dentro dele. Como o nosso projeto visa melhorias em relação aos existentes, seria inadmissível utilizar fita cassete nele.

Com o projeto conseguimos o segundo lugar na exposição de projetos da FEI, a Elexpo, e o projeto teve uma repercussão muito boa entre os professores e convidados do evento.

Características:

• Dimensões reduzidas: 70x60x30mm;
• Alimentação: Bateria de Lítio, 3,7Vx1500mAH;
• Número de eletrodos: 3;
• Configuração e recarga via porta USB;
• Dados salvos em cartão SD;
• 3 Leds Indicativos: Recarga, Batimentos, Gravação de Voz;
• Microfone embutido ou conector para uso de Microfones de Lapela;
• Qualidade do áudio: 8 Bits, 8khz, mono (similar a linha telefônica)
• Duração de cada nota de áudio: 7 segundos
• Tecnologia híbrida (PTH+SMD);
• Microcontrolador utilizado: Família PIC24H (16 bits) da Microchip

Fotos do projeto:

Layout dupla face utilizando o menor espaço físico possível 

A alta densidade de componentes nos possibilitou reduzir o tamanho físico do equipamento

A bateria foi determinada de acordo com a capacidade de corrente, e também levando em conta o dimensional. A bateria escolhida foi a BP-4L da Nokia que cabe sem folgas no gabinete.

Uma vez com a placa acomodada dentro do gabinete, encaixamos a bateria, de forma a fechar contato entre ela e a placa. Posteriormente é só fechar o gabinete e e conjunto já está pronto

Aparência final do projeto apresentado

Dia da apresentação para a Banca Avaliadora - É possível ver na foto uma tela do Software que o grupo desenvolveu para receber e tratar os dados do Holter.

 Dia da apresentação para a Banca Avaliadora

Grupo expondo o projeto na Elexpo

 Recebendo a premiação

Obtivemos com muito orgulho o segundo lugar na Elexpo - Exposição dos projetos de Engenharia Elétrica da FEI

Analisador DTMF

Retrofit 2014

Em 2014 fiz um retrofit neste projeto, de forma a implementar algumas proteções a mais e otimizar o circuito, diminuindo custos em algumas coisas para poder gastar mais em outras.

O visual novo é resultado de um teclado de membrana com 4 leds integrados, que além de dar um aspecto mais profissional ao produto, facilita a montagem por não haver mais a necessidade de soldar leds altos e milimetricamente alinhados na placa.

O software foi portado de um microcontrolador CISC para um RISC com várias partes reescritas, e esta mudança de hardware se deu para minimizar custos e número de componentes. Na placa anterior, eram utilizados um microcontrolador 8051 básico, uma memória EEPROM externa e um conversor TTL/USB dedicado. Tanto o microcontrolador quanto o conversor são de difícil compra, dadas quantidades mínimas e custo envolvido. O microcontrolador novo é um PIC18, com encapsulamento menor (TSSOP contra o anterior TQFP), memória EEPROM e USB internas.

Ainda no hardware um circuito poderoso de proteção foi implementado nas entradas de linha telefônica, utilizando Centelhadores a Gás, Varistores, PTC's e Supressores de Transientes. A intenção é aumentar a confiabilidade do produto, dado o fato de esporadicamente perturbações na rede queimarem circuitos de proteção da versão antiga (funcionam por proteger o resto do circuito, mas eles próprios queimam). Realizei alguns testes caseiros descarregando diversas vezes capacitores com cerca de 1500V na entrada do equipamento e ele suportou todas as descargas.

Dado o aumento da densidade de componentes na placa, fui obrigado a partir para fibra de vidro dupla face, o que onerou um pouco o custo do projeto.

Projeto versão 2012

Aparência do projeto final

Este projeto trata-se de um analisador DTMF para comunicação com computadores via porta USB, com capacidade para operar com duas linhas telefônicas de forma simultânea. Projeto desenvolvido sob encomenda, de forma que ele atenda a um protocolo proprietário.

O desenvolvimento nasceu com uma versão em tecnologia PTH, comunicação RS232 e necessidade de ser plugada na rede elétrica. Com o tempo o projeto foi sendo aperfeiçoado e passou de RS232 para USB, o tamanho físico foi reduzido à metade, os leds indicativos foram adicionados e diversas proteções foram implementadas, de forma a aumentar a robustez do projeto.

Características:

• Alimentação: Via porta USB;
• Dimensões: Aproximadamente 90x60x26mm;
• Linhas telefônicas: 2 Simultâneas;
• Proteção contra surtos na linha;
• Proteção contra ESD;
• Isolação galvânica entre as linhas e de linha para computador;
• 4 Leds Indicativos: Ligado, Linha 1, Linha 2, Status;
• Detecção de fone fora do gancho;
• 256 bytes de memória de uso geral;
• Bloqueio remoto de funcionamento;
• Strings de configuração: Identificador de linha, consulta de nº de série, download e upload na memória de uso geral;
• Tecnologia híbrida (PTH+SMD);
• Microcontrolador utilizado: 8 bits

Produzida em Fenolite face simples para minimizar os custos, este é o material mais competitivo encontrado no mercado.

Em sua maioria os componentes PTH são inseridos de forma manual devido ao seu tamanho físico

Devido à alta densidade de componentes, o espaçamento entre as trilhas (na parte lógica) ficou com no mínimo 12mils. Nas interfaces de entrada, trilhas mais espessas foram utilizadas, com um espaçamento mais adequado também.

Para que a solda seja feita em apenas uma passagem, o processo consiste em utilizar adesivo para fixar os componentes SMD, e após os componentes PTH serem inseridos o conjunto passa por uma máquina de solda Dupla Onda, que consegue soldar tudo de uma vez.

A fixação da placa no gabinete utiliza as torres existentes e não exige retrabalho algum, facilitando a montagem e diminuindo o tempo empregado na manufatura.

Detalhe da conexão USB com conector padrão B (o mesmo das impressoras)

Interface de I/O Isolada

Este é mais um projeto dedicado a uma aplicação do cliente, e consiste em uma interface isolada de I/O.

Aqui o grande desafio foi tornar o projeto viável comercialmente devido ao agressivo target de custo que tive que bater. Cada centavo é contabilizado, portanto custos com fretes, estanho, álcool isopropílico, mão de obra, energia elétrica, foram todos contabilizados para saber se 'realmente' estávamos tendo lucro.

O tamanho físico do projeto também impacta diretamente em custo, portanto cada mm² de placa e mm³ de gabinete foram aproveitados. Do primeiro protótipo até esta versão de produção em volume, muitas horas de layout foram gastas, muitos contatos com fornecedores foram feitos de forma a obter componentes com o encapsulamento adequado, e o principal: Com repetibilidade e custo competitivo.

Características:

• Entrada: Fullrage 95-250Vac;
• Dimensões: 43x33x10mm;
• Isolação Galvânica;
• Proteção contra Inrush;
• Fusível Integrado.

Placa feita em painéis de 8 unidades para otimizar o processo produtivo, usando Fenolite para garantir baixo custo.

No layout as distâncias de trilhas foram definidas de forma a garantir  a isolação necessária. Como todos os pontos do circuito trabalham com baixa corrente, as larguras de trilhas foram feitas mais com o intuito de garantir robustez do que para suportar alta corrente.

Neste projeto apenas a tenologia PTH foi utilizada para conseguirmos parcerias de montagem com alguma facilidade, pois em montagens SMD ainda ficamos reféns de volumes industriais e alto valor de investimento.

O processo de solda é simples, temos 37 pontos de solda e o conjunto se comporta bem  até em cadinhos estáticos. Após colocar o conjunto na caixa plástica, todo o volume é preenchido com resina apropriada para garantir robustez mecânica, melhorar a isolação galvânica e tornar o conjunto resistente a intempéries.

(Layout) Estimulador Muscular

Este foi um trabalho de Layout que fiz para minha professora de Engenharia Biomédica no Centro Universitário da FEI. De posse do esquema elétrico na forma de figura (pois o esquema original estava em um software diferente), transcrevi tudo para o Eagle, desenhei todos os componentes novos que eu não tinha na biblioteca, defini distâncias de pinos, distâncias de trilhas, defini regiões com vincos para destacar os bargraphs e fixá-los no gabinete plástico (interligados por fios).

O tamanho físico da placa foi determinado pelas baterias que são utilizadas para alimentar o projeto. Toda a parte de 'lógica' possui grande massa de GND para minimizar ruídos e aumentar a imunidade a interferências.

 

A região de sinais de alta tensão tem que ter distâncias adequadas de trilhas para que não haja arco voltaico. Particularmente gosto de abusar das descrições e 'warnings' nas regiões perigosas da placa.