Projeto Internacional Brasil-Colômbia para a integração estudantil através do desenvolvimento de sistemas baseados em máquinas de estados na plataforma NI LabVIEW

Carina Y. Yoshimura, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia São Paulo (IFSP)

"Estas vantagens proporcionadas pelo LabVIEW e pelo NI ELVIS II facilitaram para que o projeto fosse feito separadamente, sendo a programação pelo estudantes colombianos e a implementação física pelos estudantes brasileiros."

- Carina Y. Yoshimura, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia São Paulo (IFSP)

O desafio:

Utilizar o NI LabVIEW para ensinar estudantes de um outro país sobre o desenvolvimento de sistemas baseados em máquinas de estados nesta plataforma, de uma forma que seja fácil para ambos os lados.

A solução:

Ao fazer reuniões online, os alunos brasileiros puderam ensinar os colombianos sobre o estilo de programação no NI LabVIEW e sobre máquinas de estados, usando um problema genérico e um problema real como base.

Autor(es):

Carina Y. Yoshimura - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia São Paulo (IFSP)
Gianluca Moreira - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia São Paulo (IFSP)
Mariana Sayuri Kuchida - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia São Paulo (IFSP)
Marina Toledo González - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia São Paulo (IFSP)
Paulo Matheus Vinhas - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia São Paulo (IFSP)

 

Após um encontro entre pesquisadores de diversos países latino-americanos durante a NIWeek 2017, surgiu a possibilidade de um trabalho conjunto entre o Instituto Federal de São Paulo, do Brasil, e a Universidade El Bosque, da Colômbia. A proposta foi de que cada professor selecionasse cinco estudantes. Cada um dos cinco estudantes brasileiros (destes, quatro estão cursando Engenharia Eletrônica e um está cursando Engenharia de Automação e Controle) entrou em contato com um dos cinco colombianos (que são graduandos do curso de Ciências da Computação).

 

O foco deste trabalho foi deixar que os estudantes brasileiros (que tiveram aulas de LabVIEW no programa Student Embassador da NI) ensinassem os estudantes colombianos como programar VI’s baseados na teoria de máquinas de estados.

 

Para que houvesse a integração entre os estudantes colombianos e os estudantes brasileiros, os professores trataram de trocar seus e-mails, permitindo que estes entrassem em contato uns com os outros através do Skype. Num primeiro momento, os estudantes brasileiros prepararam e traduziram um guia para introduzir a interface e comandos do LabVIEW aos estudantes colombianos, com o assunto de máquinas de estados.

 

A partir do guia, os estudantes colombianos conseguiram criar uma máquina de cinco estados que controlavam alguns LED’s indicadores no painel frontal, usando estrutura de eventos e property nodes para acionar os indicadores.

 

Como segunda etapa, os alunos brasileiros fizeram um exercício em forma de desafio, baseado em um problema real, para controlar o sistema de purificação de água de uma piscina aquecida. Na simulação, existe um tanque onde a água será purificada, então uma válvula precisa ser aberta para encher o tanque com água. Depois de atingir certo nível, outra válvula deve abrir liberando cloro na água, enquanto um aquecedor e um misturador são ligados. Depois de atingir o nível máximo, as válvulas devem ser fechadas e uma terceira válvula deve abrir, liberando a mistura para a piscina novamente. Os estudantes colombianos, com a ajuda dos brasileiros, conseguiram implementar um VI com este comportamento, cujo painel frontal se assemelha com um SCADA, que controla processos industriais.

 

Devido a facilidade de usar o hardware e software da NI, tal VI pode ser facilmente modificado para ler e escrever as entradas e saídas do NI ELVIS II. Através desta metodologia, foi possível implementar um problema real tanto no software (a boa interface gráfica promovida pelo Front Panel facilita visualmente ao usuário da plataforma e também a programação visual no VI, tornando mais fácil identificar um erro por meio das ferramentas de debugging) quanto no hardware (por ser robusto e de fácil comunicação com o software). Estas vantagens proporcionadas pelo LabVIEW e pelo NI ELVIS II facilitaram para que o projeto fosse feito separadamente, sendo a programação pelo estudantes colombianos e a implementação física pelos estudantes brasileiros. De acordo com o quadro apresentado, há o anseio em fazer parcerias com outras universidades de outros países e deixar que os alunos ajudem uns aos outros durante o projeto.

 

Ao usar o LabVIEW e o NI ELVIS II, os estudantes brasileiros puderam ter uma nova experiência fora das aulas do programa NI Embassador ao criar um problema não estruturado e ensinar os estudantes colombianos, que tiveram um primeiro contato com LabVIEW e puderam ver que não é difícil criar uma aplicação com uma boa interface e fácil comunicação com hardware.

 

O desafio proposto para os estudantes colombianos

Uma piscina não aquecida geralmente tem temperatura em torno de 18°C. Em um dia ensolarado, a pele pode chegar próximo a 40°C e essa diferença de temperatura entre a pele humana e a água da piscina pode causar um desconfortável choque térmico quando em contato com a água.

 

Dada essa condição, é provável que se queira aquecer a piscina a qualquer momento para que não ocorra desconforto devido ao frio nem ao choque térmico inicial. Ao instalar o trocador de calor e o revestimento térmico, tem-se como resultado uma piscina aquecida em torno de 35°C. Entretanto, essa temperatura é ideal para a proliferação de algas e bactérias. De acordo com o quadro apresentado, é visto que o tratamento de uma piscina aquecida é diferente de uma não aquecida. A filtragem deve ser mais eficiente, a alcalinidade, o pH e o nível de cloro devem ser estritamente controlados.

 

Em um reservatório são adicionados água e hipoclorito de cálcio através de entradas separadas controladas por válvulas, estas acionadas de forma automatizada. Os dois componentes são misturados e posteriormente aquecidos. Em seguida, a mistura é drenada por uma terceira válvula para a piscina. Esta solução fora projetada em uma Máquina de Estados Finita (MEF) (Figura 2) colocando em prática todos os pontos abordados durante as conversas e exercícios com os alunos colombianos.

 

Utilizando-se o software NI LabVIEW (Figura 1), simulou-se todos os estados do projeto, obtendo dados próximos à realidade. Posteriormente utilizou-se o NI ELVIS II, para montar as chaves e indicadores, a fim de complementar a simulação, obtendo o tempo de resposta desses componentes. O resultado se mostrou muito satisfatório devido a tamanha integração entre hardware e software utilizados.

 

 

Informações sobre o autor:

Carina Y. Yoshimura
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia São Paulo (IFSP)
carinayuri.gmail.com

Figura 1 - Ilustração do problema proposto.
Figura 2 - Grafo da Máquina de Estados.
Figura 3 - Front Panel - Início.
Figura 4 - VI - Início.
Figura 5 - Front Panel - Enchendo com solvente.
Figura 6 - VI - Enchendo com solvente.
Figura 7 - Front Panel - Enchendo com soluto.
Figura 8 - VI - Enchendo com soluto.
Figura 9 - Front Panel - Esvaziando o tanque.
Figura 10 - VI - Esvaziando o tanque.