Projeto do circuito eletrônico de controle

O “cérebro” da célula de manufatura acionada pneumaticamente, é seu controlador. Nesta aplicação com o objetivo de baratear o projeto do sistema será utilizado uma plataforma microprocessada Arduino, na versão UNO. Esta versão é a mais simples da família Arduino, sendo assim, a mais barata. Na Tabela 4 estão

expressas as especificações técnicas com maior relevância a este projeto do Arduino UNO.

Tabela 4 - Especificações técnicas do Arduino UNO

Descrição Valor

Microcontrolador ATmega328

Tensão de operação 5v

Tensão de alimentação (recomendado) 7-12v Tensão de alimentação (limite) 6-20v

Número de portas digitais I/O 14

Número de portas PWM 6

Número de entradas analógicas 6

Número de portas serial 1

Corrente máxima nas portas 40mA

Memória flash 32Kb

SRAM 2Kb

EEPROM 1Kb

Velocidade de clock 16Mhz

Fonte: Própria autoria.

Estas especificações técnicas foram estudadas com cuidado, porque, o Arduino UNO comunicará com outros dispositivos do sistema que foram fabricados para serem conectados a Controladores Lógicos Programáveis (CLP’s), trabalhando com tensões e correntes mais elevadas que as permissíveis pelo mesmo.

Na Figura 31 é apresentado a foto de um Arduino UNO e a localização das principais portas de comunicação com os dispositivos externos.

Figura 31 - Principais portas de comunicação do Arduino UNO

Tendo vista que serão conectados ao Arduino UNO como dispositivos de entrada 6 sensores magnéticos de fim de curso, 1 sensor de proximidade do

magazine, 1 botão, dispositivos de saída e 3 solenoides, pode-se afirmar que serão

ocupadas 8 portas de entradas digitais e 3 portas de saídas digitais.

Os sensores magnéticos e o botão funcionam de maneira similar, onde ocorre o fechamento de um contato eletromecânico aberto, e quando o sensor for acionado o contato fecha. Possui um cabo de 2 vias, uma para cada terminal do contato eletromecânico. Para conectar um contato eletromecânico ao Arduino UNO é necessário um resistor de pull-up para fazer com que a corrente não ultrapasse o máximo permitido pelas portas de entradas digitais. Na Figura 32 apresenta-se o circuito elétrico utilizado para conectar contatos eletromecânicos ao Arduino UNO.

Figura 32 - Circuito eletrônico para conectar um sensor de contato eletromecânico e o Arduino UNO

Fonte: Própria autoria.

Onde:

R1 = Resistor 10kΩ; R2 = Resistor 220Ω;

L1 = Diodo Emissor de Luz (LED).

Com o uso deste circuito da Figura 32, pode-se conectar qualquer tipo de sensor que use o princípio de acionamento de um contato eletromecânico ao Arduino UNO, para isso, deve-se conectar os terminais CE1 e CE2 aos terminais do contato eletromecânico do sensor, o terminal ED na entrada digital do Arduino UNO, os terminais +5Vcc e -0Vcc em uma alimentação de 5Vcc, obedecendo estas conexões, ao acionar o sensor emitira um sinal a entrada digital do Arduino UNO.

O sensor de proximidade do magazine é composto por um emissor e um receptor infravermelho, que ao aproximar-se um objeto reflexível o receptor recebe a luz emitida pelo emissor, assim, fecha um contato eletromecânico aberto interno. Este contato conecta a via de sinal com a via do negativo na alimentação do sensor, com isso, o sensor emite um sinal de tensão de 24Vcc. É importante frisar que este sensor

possui um cabo com 3 vias, duas para a alimentação e a terceira para o sinal. Para que o Arduino UNO possa fazer a leitura deste sensor, foi necessário o uso de uma placa eletrônica de interface, que converte o sinal de tensão emitido pelo sensor com fechamento de um contato eletromecânico, assim, pode-se conectá-lo ao Arduino UNO da mesma maneira que é conectado um simples botão. Na Figura 33 apresenta- se o circuito utilizado para a concepção desta placa eletrônica.

Figura 33 - Circuito eletrônico de interface entre sensor de proximidade e o Arduino UNO

Fonte: Própria autoria.

Onde:

R1 - Resistor 10kΩ; R2 - Resistor 1kΩ;

Q1 - Transistor NPN BC338; L1 - Diodo Emissor de Luz (LED); D1 - Diodo 1N4007;

RL1 - Relé 24Vcc.

Existem duas limitações para o acionamento das solenoides das válvulas pneumáticas com o Arduino UNO, uma a tensão de trabalho da solenoide que é 24Vcc diferente da tensão de trabalho do Arduino UNO e a outra é a corrente necessária para seu acionamento, que ultrapassa a permissível nas saídas digitais. Para resolver este problema foi aplicado um circuito eletrônico de interface, para proteger as portas de saídas digitais. O circuito eletrônico desta placa está na Figura 34.

Figura 34 - Circuito eletrônico de interface entre solenoide das válvulas e o Arduino UNO

Fonte: Própria autoria.

Onde:

R1 = Resistor 1kΩ; R2 = Resistor 220Ω;

Q1 = Transistor NPN BC338; L1 = Diodo Emissor de Luz (LED); D1 = Diodo 1N4007;

RL1 = Relé 5Vcc.

Com o uso deste circuito da Figura 34, pode-se acionar qualquer carga, desde que o relé escolhido tenha a capacidade de corrente e tensão utilizadas pela carga. O seu funcionamento ocorre quando há conexão entre o terminal SD na saída digital do Arduino UNO, entre o terminal +SOL. na parte positiva da carga a ser acionada, entre o terminal +24Vcc em uma fonte de alimentação em que a sua parte negativa esteja conectada na parte negativa da carga e alimentar este circuito em uma fonte de 5Vcc, com isso, ao acionar a saída digital do Arduino UNO, é acionado o relé, que fecha o seu contato eletromecânico, acionando a carga.

Pode-se notar que com o uso dos circuitos mencionados neste item, é obtido 3 níveis de tensão, que são 24Vcc, 9Vcc, e 5Vcc, desta forma, a alimentação do equipamento será de 24 Vcc, e para as demais tenções serão aplicadas circuitos de rebaixamento de tensão, através dos circuitos apresentados na Figura 35.

Figura 35 - Circuito eletrônico das fontes rebaixadoras de tensão

Fonte: Própria autoria.

Onde:

U1 = Regulador de tensão 7805; U2 = Regulador de tensão 7809; C1 = Capacitor eletrolítico 10µF/100V; C2 = Capacitor eletrolítico 100µF/16V.

Para que haja um funcionamento de todos estes circuitos eletrônicos com o Arduino UNO, é necessário que a parte negativa da alimentação de todos esteja conectada a parte negativa da alimentação do Arduino UNO.