3.2 Hardware
3.2.1 Controlador
A escolha do microcontrolador recaiu numa placa de desenvolvimento projetada no Depar- tamento de Electr´onica e de Telecomunica¸c˜oes da Universidade de Aveiro (daqui em diante designada por DETPIC32), que cont´em um microprocessador PIC32MX795F512H da Micro- chip, possuindo um core da MIPS de 32-bit cujo rel´ogio pode atingir 80 MHz. Apresenta tamb´em dois conjuntos de 32 core register files de 32 bits e um m´odulo de prefetch cache para acelerar o acesso `a mem´oria Flash (512 KB). Possui tamb´em 128KB de mem´oria SRAM [54]. Ap´os an´alise cuidada das carater´ısticas deste microcontrolador, verificou-se que este se encontrava “sobredimensionado” para o projeto que se pretendia desenvolver. Isto porque,
muitos dos perif´ericos dispon´ıveis, possivelmente, nunca seriam utilizados. No entanto, duas raz˜oes foram decis´orias na op¸c˜ao por este microcontrolador:
• Este projeto ´e uma prova de conceito. Numa poss´ıvel comercializa¸c˜ao do produto, o microcontrolador seria sempre um ponto fulcral para reduzir custos e o pr´oprio consumo do sistema, pelo que teria sempre que sofrer altera¸c˜oes;
• A existˆencia de placas DETPIC32 para utiliza¸c˜ao imediata.
Ap´os a estrutura¸c˜ao da arquitetura do sistema a desenvolver, verificaram-se certas in- compatibilidades com o microcontrolador escolhido, nomeadamente, o n´umero de m´odulos de Output Compare e a inexistˆencia de pinos remape´aveis, que obrigaria `a partilha de alguns pinos essenciais. V´arias solu¸c˜oes poderiam ter sido escolhidas de modo a colmatar esse pro- blema, sem envolver a adi¸c˜ao de outro microcontrolador. Por´em, tendo em conta as raz˜oes referidas e uma vez que este trabalho continuar´a a ser desenvolvido nos pr´oximos anos, a op¸c˜ao escolhida passou pela incorpora¸c˜ao de dois microcontroladores no sistema. Apesar desta abordagem parecer despropositada, conseguem-se identificar algumas vantagens. Uma delas ´e a distribui¸c˜ao do sistema de controlo pelos dois microcontroladores, o que permite dissociar a parte da produ¸c˜ao de energia el´etrica (e consequente armazenamento) e a parte do consumo da mesma, pela lˆampada, o que contribui para a escalabilidade e modularidade do sistema de ilumina¸c˜ao p´ublica.
Optou-se tamb´em pela incorpora¸c˜ao no microcontrolador, de um modelo multi-tarefa, pondo de parte a estrutura monol´ıtica em que existia a necessidade de recorrer a rotinas de atendimento a interrup¸c˜oes para impˆor requisitos temporais nas a¸c˜oes. Decidiu-se assim por um Sistema Operativo de Tempo Real (Real-Time Operating System - RTOS), nomea- damente, o FreeRTOS R. Uma das vantagens que esta abordagem permite, ´e a atribui¸c˜ao
de prioridades e frequˆencias de repeti¸c˜ao est´aticas e bem definidas. Todo o processo de escalonamento ´e tratado por um ´arbitro (escalonador) com o aux´ılio de uma pol´ıtica de es- calonamento pr´e-definida. Devido `as diversas funcionalidades que este modelo cont´em, foi poss´ıvel aumentar a robustez do sistema, assim como integrar facilidades que n˜ao estavam delineadas na abordagem inicial. Para al´em de a¸c˜oes relativas ao sistema de controlo, foi poss´ıvel reconfigurar dinamicamente a maior parte do sistema e ainda extrair dados com consequente armazenamento em ficheiros no computador, tudo realizado em run-time.
Tendo em conta que o algoritmo de controlo se encontra distribu´ıdo por dois microcontro- ladores2, surgiu a necessidade de criar um m´etodo de comunica¸c˜ao eficaz e robusto, entre estes e o computador. A solu¸c˜ao tomada passou pela estrutura¸c˜ao de um protocolo de comunica¸c˜ao aproveitando a comunica¸c˜ao s´erie orientada ao byte do m´odulo Universal Asynchronous Re- ceiver/Transmitter (UART), de modo a conceber uma trama de comunica¸c˜ao pr´e-definida (figura 5.18). Mais detalhes relativos `a trama de comunica¸c˜ao, podem ser encontrados no Apˆendice A2. Sob este protocolo de comunica¸c˜ao, foi desenvolvida uma aplica¸c˜ao gr´afica em Matlab Rque, posteriormente, evoluiu no software de apoio ao sistema de ilumina¸c˜ao p´ublica
desenvolvido. ´
E ainda importante referir que:
• Ambos os microcontroladores utilizam os m´odulos de Analog to Digital Converter (ADC) para adquirir a sua representa¸c˜ao digital dos sinais anal´ogicos que os rodeiam;
2De modo a criar uma distin¸c˜ao entre os dois microcontroladores, ir-se-´a designar o que se encontra
respons´avel pela produ¸c˜ao da energia el´etrica (m´odulos fotovoltaicos e conversores de MPPT) por PIC-A e o
• A sua intera¸c˜ao no mundo anal´ogico, ´e feita atrav´es dos m´odulos de Output Compare que ir˜ao atuar os conversores DC-DC e escolher o set-point da lˆampada;
• O conceito de tempo ´e adquirido por um m´odulo de rel´ogio de tempo real. Este, ´e um circuito integrado da Texas Instruments, BQ32000 [55]. A intera¸c˜ao com este ´e feito atrav´es de I2C.
Sintetizando toda a informa¸c˜ao relevante que foi enumerada relativa ao controlador, pode- se esbo¸car um diagrama de blocos da arquitetura deste (figura 3.6). Denota-se especificamente as interliga¸c˜oes entre os microcontroladores e o computador e a separa¸c˜ao dos algoritmos de controlo relativos `a parte de produ¸c˜ao de energia el´etrica (m´odulos fotovoltaicos e conversores de MPPT) e `a parte de consumo de energia el´etrica (lˆampada e circuitos de driving).
U2Tx U2Rx uC 2 uC 1 U2Tx U2Rx ADC – PWM Interface ADC – PWM Interface FLASH U1Tx U1Rx Computador U1Tx U1Rx Relógio de Tempo Real SDA1 SCL1 UART 2 UART 1 I2C ADC – PWM Interface Módulos Fotovoltaicos + Conversores MPPT Módulos Fotovoltaicos + Conversores MPPT ADC – PWM Interface Luminária + Circuitos de Drive Luminária + Circuitos de Drive Controlador Banco de Baterias
Figura 3.6: Esquem´atico representativo da arquitetura do controlador