Gabinete Modular para Dispositivos

Programáveis, uControladores,

CPLD e FPGA.

Projeto mecânico do Gabinete Modular para dispositivos programáveis.

 A Oficina Mecânica já executou anteriormente o projeto e implementação de gabinetes com as dimensões necessárias para acomodar os circuitos de amplificadores de áudio projetados pelo Laboratório de Eletrônica. Eram gabinetes implementados com chapa e perfis metálicos com aparência dos melhores produtos comerciais, mas que apresentavam um problema que a Oficina não tinha condições de resolver, a necessidade de um acabamento com uma pintura resistente ao uso diário do equipamento.

 Dependendo das dimensões finais destes novos gabinetes, a Oficina poderá experimentar a implementação com gabinetes pré moldados em plástico, e realizar as usinagens necessárias para a instalação dos componentes, o que deverá resolver o problema de acabamento com pintura.

 Fazendo uma análise inicial das dimensões dos componentes eletrônicos a serem acomodados:

Comprimento PCI + Largura Fonte + Folga = 8,5 + 6,0 + 2,0 = 16,5cm = Largura do gabinete

Largura PCI + 2 x Espaço Livre = 6,5 + 4,0 + 4,0 = 14,5cm = Profundidade do gabinete

Altura para LCD grafico de 3,5 polegadas = 7,0cm = Altura mínima do gabinete.

 O estudo inicial apontou que um gabinete com dimensões aproximadas de 16,5 x 14,5 x 7,0 cm, L x P x A, poderia acomodar os circuitos eletrônicos.

 Este é um gabinete de pequenas dimensões e pode muito bem ser executado em caixas e chapas de material plástico existentes no mercado, resolvendo assim o problema do acabamento, já que o material plástico, se bem escolhido, já traz consigo um acabamento bom e durável.

		Existem no comércio vários modelos de gabinetes para acomodar montagens eletrônicas no formato tradicional de instrumentos com alças, mas estes gabinetes disponíveis não eram adequados ao empilhamento, não atendendo assim ao requerimento número 8.  A Oficina continuou a pesquisar diferentes alternativas e encontrou um tipo de gabinete bastante adequado, comercializado em itens de Instalação Elétrica com a denominação de "Caixa de Passagem Externa", disponível em várias dimensões.   Esta caixa é de uso corrente em instalações elétricas para alojar dispositivos de controle e dispõe de estruturas internas que facilitam a instalação de componentes, como transformador, chaves e etc.   Foi escolhido então a Caixa de Passagem Externa 170x145x90 na cor cinza, mostrada na figura 2 para ser o gabinete.   O material plástico é resistente e de bom aspecto.
Figura 2   Caixa de Passagem Externa 170x145x90.

Desenhos mecânicos do gabinete.

 Na Caixa de Passagem serão realizadas aberturas para a instalação do painel frontal com mostrador e teclas de controle, painel traseiro para a montagem de interfaces externas e também será instalado internamente um chassis de chapa de metal galvanizado para servir de base de montagem de processador e fonte de alimentação.

 Seguindo a linha normal da execução de um projeto mecânico, inicialmente foram realizados desenhos caracterizando as operações de usinagens necessárias para a transformação do gabinete básico, a caixa de passagem externa, em um gabinete preparado para alojar os componentes elétricos e eletrônicos no formato e quantidade de ítens conforme o especificado inicialmente na Ordem de Serviço.

 Nas figuras 3, 4 e 5 abaixo estão os desenhos mecânicos parciais das operações a serem realizadas nas faces dianteira e traseira da caixa de passagem para acomodar o mostrador de LCD, teclas de controle e também o desenho do Chassis principal, que sustentará os componentes elétricos, eletrônicos , dispositivo programável e fonte de alimentação.

 A face traseira da caixa deverá ter furações uniformemente espaçadas para a instalação dos painéis de montagem dos periféricos.

Figura 3   Aberturas no painel frontal.	Figura 4   Aberturas no painel traseiro.	Figura 5   Chassis principal.

 Os desenhos mostrados acima são parte de um conjunto de desenhos mais detalhados que possibilitam a realizacão de um número maior de gabinetes. Estes desenhos estão ilustrados aqui apenas com o objetivo de mostrar as possibilidades de realização de um Empacotamento Mecânico servindo de referência para implementações particulares de projeto do leitor desta página.

Procedimento de usinagem da caixa de passagem e demais componentes de suporte.

 As figuras 6 e 7 são auto explicativas quanto a operação de usinagem, mas o leitor deve atentar para a fixação da peça, que teve sua rigidez comprometida pela altura sem a devida fixação. A falta de precisão na usinagem pode ser tolerada porque estas aberturas serão cobertas por painéis de acabamento, frontal e traseiro.

 Para a realização de cortes e furação mais precisos no Painel Frontal foi construído um suporte especial para a usinagem em chapas finas, fixadas na morsa de trabalho da máquina. Este suporte, figura 8, permitiu a obtenção de boa precisão de usinagem e manutenção do esquadro.

Figura 6   Aberturas na face frontal.	Figura 7   Aberturas na face traseira.	Figura 8   Furacao no painel frontal.

 Fixar uma peça na máquina operatriz para realizar uma usinagem com precisão é um procedimento que sempre deve ser bem avaliado. A peça a ser trabalhada deve ser fixada com rigidez e dentro de um espaço que permita o máximo alcance da ferramenta.

 As figuras abaixo dão uma amostra de alguns procedimentos de fixação da peça a ser usinada:

Figura 9 - Peça a ser trabalhada está fixada com rigidez, mas com muita limitação de espaço de trabalho e a ausência de pontos de referência dificultam o posicionamento da próxima peça a ser trabalhada. Observe o pouco espaço na mesa de trabalho para realizar as fixações.

Figura 10 - Suporte construído para facilitar o posicionamento e usinagem das faces das caixas, mas ainda apresentou problemas de pouca rigidez.

Figura 11 - Peça apropriadamente fixada com rigidez e espaço para usinagem. Note que a peça está afixada em uma máquina de maior capacidade.

Figura 9   Fixacao do Painel Frontal para trabalho.	Figura 10   Fixacao da caixa para usinar aberturas.	Figura 11   Usinagem segura em maquina grande.

Figura 12   Traçagem de chapas para dobra.	Figura 13   Traçagem e peça finalizada.

 As figuras acima mostram de forma resumida uma realidade sempre presente durante o processo de usinagem, que é a dificuldade de se afixar corretamente a peça a ser trabalhada com segurança e precisão. A melhor maneira é a utilização de máquinas com capacidade adequada.

 Regra essencial para a Oficina Mecânica: Quando considerar a aquisição de uma máquina operatriz, adquira a máquina com a maior capacidade que o seu orçamento e espaço permitirem, e ainda assim exagere mais um pouco. Valerá a pena.

 É muito mais preciso e seguro usinar uma peça pequena afixada em uma máquina grande, do que uma peça grande afixada em uma máquina pequena.

Montagem do gabinete.

 Nesta seção será mostrado através de fotografias os componentes mecânicos e o processo de montagem do gabinete.

Figura 14 - Chassis Principal, que faz a sustentação da base de montagem do Transformador de Força quando o módulo é energizado pela rêde CA, os componentes da Fonte de Alimentação CC Regulada, composta por um PCI e elementos do radiador de calor dos reguladores de tensão, que são de montagem permanente no módulo. O Chassis acomoda também demais componentes que variam atendendo cada configuração do Módulo.

Figura 15 - Montagem da Fonte de Alimentação CC Regulada com a chave liga/desliga antes de ser afixada no Chassis, para uma melhor dissipação de calor.

Figura 16 - Chassis Principal com os componentes que são afixados diretamente, Transformador de Alimentação CA, Fonte CC Regulada, suporte de montagem para Dispositivos Programáveis, uControlador, CPLD ou FPGA e Suporte de Afixação de Painel Traseiro para montagem de Módulos de Interfaces.

Figura 14   Chassis, Transformador de Força e Fonte CC regulada.	Figura 15   Fonte CC regulada, completa.	Figura 16   Chassis com Fonte, Processador e Suporte Traseiro de Interfaces.

Figura 17 - Inicie a instalação dos componentes na caixa pela montagem do Painel Frontal junto com os suportes do Mostrador LCD, Teclado e LEDs, mostrados mais claramente na Figura 20. Após faça a instalação do Chassis Principal com a Fonte CC Regulada já devidamente afixada.

Figura 18 - Chassis com Transformador, quando usado, Fonte CC Regulada e Suportes de fixação de Interfaces no Painel Traseiro posicionados dentro da caixa.

Figura 19 - Painel Traseiro mostrando os parafusos de fixação dos Módulos de Interfaces.

Figura 17   Painel frontal, mostrador LCD gráfico e 8 teclas.	Figura 18   Chassis com transformador e fonte CC regulada.	Figura 19   Painel traseiro.

Gabinetes com componentes eletro-eletrônicos e fiação.

  A fiação entre os módulos individuais pode ser realizada com cabos tipo "jumper" muito usados em implementações de protótipos Arduino e outros. As figuras abaixo são auto explicativas e mostram que é possível efetuar uma fiação organizada utilizando-se fiação com cores diferentes.

Figura 20   LCD 20x04 e 8 teclas.	Figura 21   LCD 320x240, 8 teclas e 8 LEDs.	Figura 22   LCD 320x240, 4 teclas, 4 LEDs e knob.

Gabinetes completos e Módulos de Interface.

  Finalmente a Oficina Mecânica pode apresentar o resultado do trabalho desenvolvido. São apresentados nas figuras abaixo três configurações diferentes de Gabinetes Modulares, que poderão receber uma variedade de Dispositivos Programáveis, com interfaces adequadas, capazes de atender a uma infinidade de aplicações.

  Os Gabinetes Modulares não são limitados aos três apresentados abaixo, podendo acomodar novas configurações de Painel Frontal, Interfaces e Configurações de Dispositivos Programáveis, dependendo da Imaginação do usuário.

Figura 23   LCD 20x04 e 8 teclas.	Figura 24   LCD 320x240, 8 teclas e 8 LEDs.	Figura 25   LCD 320x240, 4 teclas, 4 LEDs e knob.

Figura 26  Interface Real Time Clock.	Figura 27  Interface VGA DB15, Ethernet, SD Card, e USB Host.