universidade luterana do brasil departamento de engenharia

Transcrição

UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL
PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ARLY CORRÊA GRECO FILHO
POÇO DIGITAL
Canoas, Dezembro de 2007
Departamento de Engenharia Elétrica
1
POÇO DIGITAL
Trabalho da disciplina de Engenharia de
Processamento Digital II.
Departamento:
Engenharia Elétrica
Curso:
Engenharia Elétrica
Área de Concentração
Programação
Professor Orientador:
Eng. Eletr. Luis Fernando Espinosa Cocian
Arly Corrêa Greco Filho – Poço Digital
Universidade Luterana do Brasil
1
FOLHA DE APROVAÇÃO
Nome do Autor: Arly Corrêa Greco Filho
Matrícula: 061016763-7
Título: Poço Digital
Trabalho da disciplina de Engenharia de Processamento Digital II.
Professor Orientador:
Eng. Eletr. Luis Fernando Espinosa Cocian
Assinaturas:
Autor
Orientador
Arly Corrêa Greco Filho
Luis Fernando Espinosa Cocian
Relatório Aprovado em:
AGRADECIMENTOS
A todos que colaboraram direta ou indiretamente na elaboração deste
trabalho, o meu reconhecimento.
Aos Professores Balbino, Augusto e Cocian pelo estímulo e suas valiosas
contribuições.
Aos colegas Mauro, Rafael e Gilnei pelas sugestões e observações valiosas.
1
1
RESUMO
Greco Filho, Arly Corrêa. Poço Digital: Celeiro Eletrônico. Trabalho de
Conclusão da disciplina Engenharia de Processamento Digital II do curso de
Engenharia Elétrica - Departamento de Engenharia Elétrica. Universidade Luterana
do Brasil. Canoas, RS. 2007.
O projeto Poço Digital tem como finalidade simular o funcionamento de
uma Placa de Comando de Elevadores Comerciais sem esta precisar estar instalada
no Elevador. O sistema deve ser capaz de gerar todos os sinais necessários para o
seu funcionamento para após reparos poderem ser testadas em uma simulação
virtual desempenhando todas as funções que devera realizar na obra. À parte do
projeto Celeiro Eletrônico
trata-se de um sistema de controle e monitoramento de
nível de água para bebedouros e reservatório, um sistema de monitoramento da
temperatura ambiente controlado através de um sistema de refrigeração, voltado
para ambientes de criação de animais.
Este sistema é constituído por sensores de nível resistivos instalados nos
bebedouros e reservatórios com a função de sinalizar a falta de água nos mesmos,
acionando assim o reabastecimento através de bombas de água. Juntamente com
este sistema foi elaborado um monitoramento para a temperatura ambiente, através
um sensor LM35, acionando assim um sistema de chuveiros em caso de alta
temperatura. Para a conversão dos sinais analógicos para digitais foram utilizados
conversores AD0804.
Palavras chave: Porta serial. Builder C++. Assembly 8051. Conversor AD.
sensores.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Interligação dos bebedouros......................................................................................................4
Figura 2 – Saída dos bebedouros..................................................................................................................5
Figura 3 – Sensor Resistivo de Nível............................................................................................................6
Figura 4 – Reservatório 1 ................................................................................................................................6
Figura 5 – Circuito Auxiliar para Acionamento das Eletro bombas..................................................7
Figura 6 – Chuveiros para resfriamento da temperatura ambiente ..................................................8
Figura 7 – Sensor de temperatura LM35....................................................................................................8
Figura 8 - Tela de interface grafica no micro. .........................................................................................12
Figura 9 - Circuito de Controle sem os drives saída para o poço digital ......................................13
Figura10 - Circuito Eletrônico de Controle com Kit 8051 á direita................................................13
Figura 11 - Circuito Eletrônico de Controle do poço digital funcionando...................................14
Figura 12 - Circuito Eletrônico de Controle do poço digital funcionando...................................14
Figura 13-Desenvolvimento circuito protoboard ...................................................................................29
Figura 14-Circuito eletrônico de Controle Matriz de contatos ..........................................................29
Figura 15- Protótipo Inicial junto Matriz de contatos ..........................................................................30
Figura 16-Vista inferior placa base feita à mão.....................................................................................30
Figura 17-Circuito de Controle antes do LCD ser instalado..............................................................31
Figura 18-Construção da maquete para simular celeiro ...................................................................31
Figura 19 – Quadro comando elevador Sur comercial.........................................................................32
Figura 20 – Poço elevador edificio...............................................................................................................32
Figura 21- Poço elevador limites a direita em baixo .............................................................................33
Figura 22- Maquina elevador comercial Sur...........................................................................................33
1
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 sensor de temperatura...............................................................................................................................9
Gráfico 1 sensor de temperatura .............................................................................................................................9
Tabela 2 sensor de nível do reservatório................................................................................................................10
Gráfico 2 sensor de nível do reservatório ..............................................................................................................10
Tabela 3 sensor de nível do bebedouro..................................................................................................................11
Gráfico 3 sensor de nível do bebedouro.................................................................................................................11
1
1
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO............................................................................................................................................1
2.
VISÃO GERAL DO PROBLEMA...........................................................................................................2
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
3.
MATERIAIS E MÉTODOS .....................................................................................................................4
3.1.
3.2.
3.3.
4.
Montagem da Maquete....................................................................................................................4
Circuito Eletrônico Implementado ..............................................................................................8
Descrição dos Testes Realizados no Software .......................................................................15
CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................................................................................16
4.1.
4.2.
5.
Formulação do Problema de Engenharia..................................................................................2
Definição do Escopo do Projeto....................................................................................................2
Universo das Soluções ....................................................................................................................3
Justificativa Técnica e Econômica para a Solução Escolhida............................................3
Problemas Encontrados ...............................................................................................................16
Avaliação dos Objetivos Propostos............................................................................................16
OBRAS CONSULTADAS .......................................................................................................................17
APÊNDICE A – CIRCUITO ELETRÔNICO ..............................................................................................18
APÊNDICE B – FLUXOGRAMA ..................................................................................................................27
APÊNDICE C – DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ........................................................................29
APÊNDICE D – SOFTWARE ........................................................................................................................34
1.
1
INTRODUÇÃO
O projeto a seguir utiliza um microcontrolador 8051 instalado em um kit ULBEE51
o qual utilizamos o seu canal de comunicação serial para se comunicar com o micro em
uma interface gráfica gerada através do software C++ Builder. Esta interface serve para
mostrar o que esta sendo realizado dentro do software em assembler que roda no kit,
transferindo para a tela estas informações.
Este projeto que estamos desenvolvendo tem o objetivo de auxiliar no teste de
placas eletrônicas microprocessadas utilizadas no controle de elevadores comerciais e na
utilização de conversores analógicos para digitais, pois algumas grandezas envolvidas
estarão diretamente relacionadas a eles.
. Um sinal analógico é uma quantidade de valor preciso que pode ser representada
por uma função contínua e sem degraus. Um sinal digital é uma quantidade de natureza binária (on off) e as variações no valor numérico estão associadas a mudanças do estado lógico (verdadeiro-falso) de
alguma combinação de "interruptores".Tendo em vista que os computadores trabalham apenas
com sinais digitais (entradas e saídas), para comunicarem com o mundo exterior que é
predominantemente analógico devem ter um conversor para estes sinais.O conversor analógico-digital
(freqüentemente abreviado por conversor A/D) é um dispositivo eletrônico capaz de gerar
uma representação digital de uma grandeza analógica.
Para os testes das placas o sistema deve ser capaz de gerar os sinais elétricos para
estas placas bem como receber de voltas os sinais gerados pela mesma para funcionar
como um elevador real.Estes sinais são gerados nos comandos de elevadores através de
sensores e limites instalados no caixa de corrida do mesmo chamada de poço do elevador.O
projeto em si deve funcionar como poço virtual.
2.
2
VISÃO GERAL DO PROBLEMA
Hoje nos reparos das placas devemos após o conserto destas instalar no
equipamento para verificar se os reparos estão completos ou se temos mais algum
ajuste.Estes equipamentos normalmente são elevadores os quais devemos ir ate os
mesmos para verificar o reparo.
O foco principal do projeto, por isso o seu nome, é construir um poço
digital, o qual seja capaz de simular todas as funções necessárias para os testes das
placas evitando assim o deslocamento até os elevadores .
2.1.
Formulação do Problema de Engenharia
Monitorar os sensores , ler a entrada de sinais da placa em teste e gerar os
sinais através das saídas para o funcionamento da mesma.
2.2.
2.2.1.
Definição do Escopo do Projeto
Objetivos Gerais
Desenvolver um Poço Virtual.
2.2.2.
Objetivos Específicos
Desenvolver um software e um hardware que seja capaz de manipular
todas as variáveis envolvidas no projeto..
_________________________________________________________________________________________________________________
2.2.3.
3
Resultados Previstos
O que esperamos ao final deste projeto é que possamos realizar os testes
básicos nas placas bem como analisar as conversões dos ADS envolvidos no
processo de monitoramento.
2.3.
Universo das Soluções
Uma vez que o software for inicializado ele “pede” para que o usuário
estabeleça a temperatura mínima e a temperatura máxima desejada para que
através de comparações com a temperatura lida pelo hardware ligue ou desligue os
chuveiros para refrigeração.
Também são solicitadas as variações entre mínimo e maximo para o
bebedouro e reservatorio1 , para que as leituras dos sensores sejam analisadas e as
eletrobombas sejam acionadas estando abaixo da mínima e desligadas estando
acima da máxima.
Também é solicitado pelo software o numero de andares para o poço digital
para que o sistema possa comparar com o contador de andares quando estiver
simulando o movimento do elevador.
A interface gráfica do software
nos mostra todas as variáveis envolvidas
bem como o status do movimento do elevador .
2.4.
Justificativa Técnica e Econômica para a Solução
Escolhida
Reparos nas placas com maior precisão.
Evitar perda de tempo por deslocamentos e re-serviços.
_________________________________________________________________________________________________________________
3.
3.1.
4
MATERIAIS E MÉTODOS
Montagem da Maquete
Para demonstrar a utilização dos conversores AD desenvolvemos numa
maquete um
sistema automatizado de reabastecimento
de água
e controle de
temperatura para ambientes com criação de animais, de modo a simular os
bebedouros para os animais e um sistema de chuveiros para amenizar os efeitos do
calor sobre os animais. A maquete consiste em um bebedouro, dois reservatórios
(sendo um principal e um diário) e chuveiros.
Os bebedouros foram montados com canos de PVC 40mm numa das
extremidades da maquete, com três saídas interligadas na parte inferior da
maquete, conforme demonstrado na figura 1, e suas extremidades na parte
superior, conforme demonstrado na figura 2
Figura 1 – Interligação dos bebedouros.
_________________________________________________________________________________________________________________
5
Figura 2 – Saída dos bebedouros
Também na interligação dos bebedouros foi montada uma eletro bomba de
água 12V usada em automóveis, com a finalidade de simular manualmente o
esvaziamento dos bebedouros. O nível do bebedouro será monitorado através de
um sensor de nível de água criado a partir de uma régua resistiva, composta por
onze resistores de 1 K, conforme demonstrado na figura 3. Este sensor ira enviar
um sinal de tensão, que ira variar de 0V a 2,5V, conforme o nível de água dos
bebedouros. Esta variação ira se dar conforme a água coloca em curto-circuito os
resistores, sendo a quantidade máxima de água quando o sensor enviar um sinal de
2,5 V e mínima quando o sinal do sensor for 0 V.
Os sensores de nível de água tem seus limites mínimo e maximo ajustados na
inicialização do sistema pelo operador assim como os limites mínimo e maximo da
temperatura.
_________________________________________________________________________________________________________________
6
Figura 3 – Sensor Resistivo de Nível
Como reservatórios foram usados dois recipientes plásticos , que foram
montados na parte inferior da maquete. O reservatório 1 tem uma eletro bomba
como única finalidade abastecer os bebedouros e também e monitorado por um
sensor de nível de água idêntico ao usado nos bebedouros. Isto permite que o
mesmo seja abastecido por uma eletro bomba a partir do reservatório 2, em caso
de baixo nível, conforme demonstrado na figura 4.
Figura 4 – Reservatório 1
_________________________________________________________________________________________________________________
7
O reservatório 2 tem as funções de abastecer o reservatório 1 e fornecer
água para os chuveiros através de duas eletro bombas. Uma com função de enviar
água para os chuveiros em caso de alta temperatura do ambiente. A segunda tem
como função abastecer o reservatório 1.Nos bebedouros temos uma eletro bomba
com a função apenas esvaziar os bebedouros, de modo podermos simular a falta de
água nos mesmos. Esta eletro bomba tem seu acionamento manual e não esta
relacionada ao software de funcionamento.
O acionamento das eletro bombas será feito por um circuito montado na
maquete. Este circuito e composto por três acopladores reles, uma fonte chaveada
que ira fornecer 5V-10A. A fonte ira alimentar as eletro bombas com 5V, já que
mesmo estas sendo 12V, verificamos que não havia necessidade de um valor de
tensão maior em razão do fluxo de água proporcionados por elas. Os acopladores
reles tem como função o comando das eletro bombas, tendo em vista que o sinal
enviado pelo circuito não seria capaz de fornecer uma corrente suficiente para
acionar diretamente as eletro bombas.
O circuito montado na maquete esta
demonstrado na figura 5.
Figura 5 – Circuito Auxiliar para Acionamento das Eletro bombas.
O sistema de controle temperatura será feito através de dois chuveiros
localizados na parte superior da maquete, conforme demonstrado na figura 6. Para
o monitoramento da temperatura do ambiente foi colocado um sensor de
temperatura LM35, localizado na parte superior da maquete junto aos chuveiros
(figura 7). Este tem a função de informar o aumento de temperatura do ambiente,
_________________________________________________________________________________________________________________
8
de modo que o software identifique a temperatura limite e envie o sinal para
acionamento dos chuveiros.
Figura 6 – Chuveiros para resfriamento da temperatura ambiente
Figura 7 – Sensor de temperatura LM35
3.2.
Circuito Eletrônico Implementado
O circuito eletrônico tem como função fazer o controle do sistema
implantado na maquete onde monitora os sensores para fazer as conversões, possui
36 saídas isoladas eletricamente através de reles para gerar os sinais necessários
ao poço digital e 8 entradas isoladas através de acopladores óticos para receber as
informações de acionamento das contatoras controladas pela placa em teste.A
relação entre o sinal analógico medido e o convertido segue nas tabelas abaixo.
_________________________________________________________________________________________________________________
9
Tabelas com medidas de tensão dos sensores e gráfico
valor medido
Vin mv
0
46
86
120
160
195
230
270
310
350
390
425
460
520
555
600
635
670
valor convertido
Vout mv
0
48
85
119
161
192
231
269
308
352
393
422
460
519
556
601
634
668
GRAUS
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
39
42
45
48
51
Tabela 1 sensor de temperatura
Temperatura (°C)
60
50
40
30
20
10
0
0
46
86
120
160 195 230 270 310
350 390 425 460
520 555 600 635 670
Vin (m V)
Gráfico 1 sensor de temperatura
_________________________________________________________________________________________________________________
10
valor medido
valor convertido
Vin
Vout
0,00
0
0,10
0,12
0,20
0,21
0,30
0,3
0,40
0,39
0,50
0,51
0,60
0,6
0,70
0,71
0,80
0,8
0,90
0,9
1,00
1,01
1,10
1,09
1,20
1,22
1,30
1,3
1,40
1,4
1,50
1,52
1,60
1,6
1,70
1,68
1,80
1,83
1,90
1,9
2,00
2,03
2,10
2,12
2,20
2,2
2,30
2,3
2,40
2,41
2,50
2,49
2,60
2,57
Tabela 2 sensor de nível do reservatório
LITROS
0
3
7
11
14
18
21
24
28
31
34
38
41
44
48
51
54
58
61
64
68
71
74
78
81
84
85
Água (Litros)
100
80
60
40
20
2,
60
2,
40
2,
20
2,
00
1,
80
1,
60
1,
40
1,
20
1,
00
0,
80
0,
60
0,
40
0,
20
0,
00
0
Vin (V)
Gráfico 2 sensor de nível do reservatório
_________________________________________________________________________________________________________________
11
valor medido
valor convertido
Vin
Vout
0,00
0
0,25
0,24
0,45
0,43
0,65
0,67
0,85
0,83
1,05
1,05
1,25
1,25
1,45
1,44
1,65
1,63
1,85
1,86
Tabela 3 sensor de nível do bebedouro
LITROS
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Agua (Litros)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,00
0,25
0,45
0,65
0,85
1,05
1,25
1,45
1,65
1,85
Vin (V)
Gráfico 3 sensor de nível do bebedouro
Alem disso na inicialização o software pede o numero de andares . Neste
circuito foram aplicados três conversores AD08004, sendo dois
usados para a
conversão dos sinais enviados pelos sensores de nível. e um pelo LM35 sensor de
temperatura. Para informações sobre os componentes utilizados use os datashets
_________________________________________________________________________________________________________________
12
que estão em anexo. Segue abaixo a tela de interface com o micro (figura 8) criada
utilizando-se o Builder C++ objetivo principal da disciplina em questão.
O Form esta dividido em oito telas a esquerda as quais nos fornecem
informações sobre
as leituras dos ADS o andar atual do elevador , status do
movimento , situação dos limites e sensores gerados pelo software , tela para
informar qual tipo de programa esta rodando no 8051 no caso para avaliação de
placas Atlas, e a oitava tela indica se a torre esta conectada bem como a situação
dos reles de comando controlados pela placa base. À direita as portas COM
disponíveis no micro, os botões para abrir e fechar a porta selecionada um botão
para encerrar o programa, um memo para colocar os valores iniciais do sistema
mais o botão para enviar para o kit 8051 e finalmente uma tela que mostra a string
enviada pelo kit para o Builder atualizar as informações na tela. As fotos da placa
base e do kit 8051 utilizada no controle do sistema
seguem nas (figuras
9,10,11,12).
Figura 8 - Tela de interface grafica no micro.
_________________________________________________________________________________________________________________
13
Figura 9 - Circuito de Controle sem os drives saída para o poço digital
Figura10 - Circuito Eletrônico de Controle com Kit 8051 á direita
_________________________________________________________________________________________________________________
14
Figura 11 - Circuito Eletrônico de Controle do poço digital funcionando
Figura 12 - Circuito Eletrônico de Controle do poço digital funcionando
_________________________________________________________________________________________________________________
15
O circuito eletrônico foi construído com os seguintes componentes:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
KIT ULBEE51 (1 unidade);
Conversores AD0804 (3 unidades);
Display LCD (1 unidade);
Display duplo de anodo comum (3 unidades);
CI 74HCT573 (10 unidades);
CI 74LS540 (1 unidade);
CI 74LS04 (2unidades);
CI 74LS541 (1 unidades);
CI 74LS154 (1 unidade);
CI ULN2803 (6 unidades);
CI 7805 (1 unidade);
CI 4N25 (8 unidades);
Resistores;
Capacitores.
3.3.
Descrição dos Testes Realizados no Software
O software ainda não consegue obter e responder a todos os objetivos
desejados,
funciona
dentro
do
proposto
mas
se
desenvolvimento, para tirarmos proveito de todo o
encontra
em
fase
de
potencial de hadware
desenvolvido, este esta completo faltando-lhe apenas programas tanto em
assembler como em c++
mais bem elaborados e estruturados para atingirmos
objetivos futuros.
_________________________________________________________________________________________________________________
4.
4.1.
16
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Problemas Encontrados
Dificuldade
em
programação,
por
não
entender
profundamente
os
Softwares utilizados, abrangendo de forma superficial os mesmos.
4.2.
Avaliação dos Objetivos Propostos
O projeto em si já é bastante funcional, mas devera evoluir mais para poder
alcançar plenamente todos os objetivos.
_________________________________________________________________________________________________________________
5.
17
OBRAS CONSULTADAS
João Batista de Azevedo Júnior-TTL/CMOS volume 1 e 2 - Érica
Denys E. C. Nicolosi- Micro controlador 8051 Detalhado- Érica
Luiz Fernando Espinosa Cocian-Engenharia de Processamento Digital II
Coleções Revistas Eletrônica- www.sabereletrônica.com.br
Pagina web Rogercom- http://www.rogercom
_________________________________________________________________________________________________________________
18
APÊNDICE A – CIRCUITO ELETRÔNICO
_________________________________________________________________________________________________________________
19
_________________________________________________________________________________________________________________
20
_________________________________________________________________________________________________________________
21
_________________________________________________________________________________________________________________
22
_________________________________________________________________________________________________________________
23
_________________________________________________________________________________________________________________
24
_________________________________________________________________________________________________________________
25
_________________________________________________________________________________________________________________
26
_________________________________________________________________________________________________________________
27
APÊNDICE B – FLUXOGRAMA
inicio
leitura dos
ADS
V
bebedouro
>=max
desliga
eletrobomba
bebedouro
V
le entrada
entrada=0
F
F
V
bebedouro
<=min
liga
eletrobomba
bebedouto
F
temperatura
>=max
V
liga
eletrobomba
chuveiros
V
desliga
eletrobomba
chuveiros
F
temperatura
<=min
F
reservatorio
>=max
V
desliga
eletrobomba
reservatorio
F
reservatorio
<=min
V
executa
rotinas poço
digital
liga
eletrobomba
reservatorio
F
_________________________________________________________________________________________________________________
28
rotinas poço
digital
F
placa
comando
manda abrir
porta
V
bit d0
entrada=1
limite de
porta
aberta
F
V
F
verifica
circuito
segurança
V
bit d1
entrada=1
F
V
placa
comando
manda
fecharporta
contato
de portas
fechados
F
V
placa
comando
manda
elevador subir
V
bit d2
entrada=1
F
F
placa
comando
manda
elevador
descer
V
bit d3
entrada=1
retorna a
leitura dos
ADS
bit d4
entrada=1
placa de
comando
define
velocidade
alta
V
F
V
bit d5
entrada=1
placa de
comando
define
velocidade
baixa
F
_________________________________________________________________________________________________________________
29
APÊNDICE C – DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
Figura 13-Desenvolvimento circuito protoboard
Figura 14-Circuito eletrônico de Controle Matriz de contatos
_________________________________________________________________________________________________________________
30
Figura 15- Protótipo Inicial junto Matriz de contatos
Figura 16-Vista inferior placa base feita à mão.
_________________________________________________________________________________________________________________
31
Figura 17-Circuito de Controle antes do LCD ser instalado
Figura 18-Construção da maquete para simular celeiro
_________________________________________________________________________________________________________________
32
Figura 19 – Quadro comando elevador Sur comercial
Figura 20 – Poço elevador edificio
_________________________________________________________________________________________________________________
33
Figura 21- Poço elevador limites a direita em baixo
Figura 22- Maquina elevador comercial Sur
_________________________________________________________________________________________________________________
34
APÊNDICE D – SOFTWARE
_________________________________________________________________________________________________________________
35
ANEXOS
DATASHETS
_________________________________________________________________________________________________________________

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