AMBIENTAÇÃO CÊNICA E DIMERIZAÇÃO

(1)

ESCOLA SENAI _“A. JACOB LAFER_”

GABRIEL FREITAS CECILIA JEFERSON MÁXIMO TEIXEIRA RODOLFO LUIZ TAKETSUMA DE SOUZA

VINÍCIUS HERRERA DA SILVA

AMBIENTAÇÃO CÊNICA E DIMERIZAÇÃO

(2)

ESCOLA SENAI _“A. JACOB LAFER_”

Gabriel Freitas Cecilia Jeferson Máximo Teixeira Rodolfo Luiz Taketsuma de Souza

Vinícius Herrera da Silva

SANTO ANDRÉ 2015

Trabalho apresentado à Escola SENAI “A. Jacob Lafer” como pré-requisito para obtenção do Certificado de Conclusão

de Curso de Técnico em

Eletroeletrônica.

Orientadores: Prof. Carlo Toma

(3)

ESCOLA SENAI “A. JACOB LAFER”

Gabriel Freitas Cecilia Jeferson Máximo Teixeira Rodolfo Luiz Taketsuma de Souza

Vinícius Herrera da Silva

Monografia aprovada como requisito parcial para obtenção do grau de Técnico no Curso de Técnico em Eletroeletrônica, Escola SENAI “A. Jacob Lafer”, pela seguinte banca examinadora:

Professor Visto

Observações:_____________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

(4)

(5)

AGRADECIMENTOS

Agradecemos a Deus por ter dado força e coragem para superar todas as dificuldades encontradas no caminho, as nossas famílias, pela dedicação ao longo das nossas vidas, sempre em busca das melhores oportunidades para nós e a esta instituição, seu corpo docente, direção e administração que oportunizaram a janela que hoje vislumbramos um horizonte superior, eivado pela acendrada confiança no mérito e ética aqui presentes.

(6)

Sonhos determinam o que você

quer. Ação determina o que

você conquista.

(7)

RESUMO

Trata-se de um sistema de automação residencial voltado para o controle de iluminação para qualquer tipo de ambiente, com função dimmer e controle cênico para proporcionar maior conforto ao usuário. Também, traz como meta a economia de energia elétrica e aumento da vida útil da lâmpada. Com a instalação do dispositivo no ambiente, o usuário tem a possibilidade de escolher até quatro tipos de cenas podendo ainda optar por uma variação de zero a cem por cento da potência de iluminação através da função dimmer. O hardware desse sistema é

simples contando com um microcontrolador ATMEL AT89S52, da família 8051, que realiza todo processo de controle, além de contar, também, com uma Interface Homem Máquina (IHM) simplificada, construída na linguagem Assembly.

(8)

ABSTRACT

It is a home automation system facing the lighting control for any environment with dimmer function and scenic control to provide greater comfort to the user. Also brings the goal of saving energy and increasing lamp life. With the environment in device installation, the user has the possibility to choose up to four types of scenes may also opt for a change from zero to one hundred percent power lighting by dimmer function. The hardware of this system is simply relying on a microcontroller ATMEL AT89S52, family 8051, which performs all process control, in addition to, too, with a Human Machine Interface (HMI) simplified, built in assembly language.

(9)

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Economia e aumento da vida útil da lâmpada. ... 18

Tabela 2 – Módulos LCD disponíveis. ... 27

Tabela 3 – Pinagem do Display LCD Alfanumérico. ... 28

(10)

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Gráfico de percepção de luz. ... 15

Figura 2 – Apresentação física dos encapsulamentos do Microcontrolador 8051... 20

Figura 3 – Disposição dos terminais do Microcontrolador 8051. ... 21

Figura 4 – Exemplos de formas de onda, variando a largura de pulso. ... 22

Figura 5 – Exemplificação do funcionamento do Zero Crossing. ... 23

Figura 6 – Amplificador Operacional. ... 23

Figura 7 – Representação das junções do tiristor e em diagramas. ... 25

Figura 8 – Representação TRIAC. ... 25

Figura 9 – Aspecto físico do TRIAC. ... 26

Figura 10 – Display LCD Alfanumérico. ... 27

Figura 11 – Esquema geral do circuito. ... 29

(11)

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 13

1.1 Motivação ... 13

1.2 Objetivos ... 14

1.3 Metodologias ... 14

1.4 Percepção da Luz ... 14

2 VIABILIDADE TÉCNICA ... 16

3 VIABILIDADE ECONÔMICA ... 17

4 DESCRIÇÃO DO PROJETO ... 19

4.1 Descrição de funcionamento do sistema ... 19

4.2 Pesquisa e determinação dos circuitos utilizados ... 19

4.2.1 Microcontrolador 8051: ... 20

4.2.3 Modulação por Largura de pulso (PWM) ... 21

4.2.4 Circuito detector de passagem por zero (Zero Crossing) ... 22

4.2.5 Circuito de chaveamento (TRIAC) ... 24

4.2.6 Display LCD Alfanumérico ... 26

5 DESENVOLVIMENTO ... 29

5.1 Diagramas de blocos do circuito ... 29

5.2 Memorial Cálculos ... 30

5.2.1 Dimensionamento da fonte ... 30

5.2.2 Dimensionamento do optoacoplador ... 31

5.2.3 Dimensionamento do circuito do TRIAC ... 31

5.3 Custos dos componentes a serem utilizados ... 32

5.4 Fluxograma da programação ... 33

5.5 Cronograma de execução ... 34

6 CONCLUSÃO ... 35

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 36

APENDICE A – CÓDIGO FONTE DO SISTEMA ... 37

APENDICE B – CIRCUITOS DO PROJETO ... 51

Circuito principal do projeto ... 51

Circuito fonte DC ... 52

(12)

(13)

1 INTRODUÇÃO

Este projeto consiste no desenvolvimento de um sistema de controle de iluminação, através de um microcontrolador ATMEL AT89S52 - 24PU, da família 8051, para realizar a seleção de lâmpadas que deverão acender e com qual potência, de acordo com o selecionado pelo usuário. Com este sistema é possível controlar até 8 lâmpadas, podendo optar por 4 tipos de cenários.

1.1 Motivação

A automação residencial vem ganhando cada vez mais espaço nas casas das pessoas ao redor do mundo, fazendo o uso da tecnologia para tornar automáticas algumas tarefas habituais que em uma casa convencional ficaria a cargo de seus moradores, proporcionando o conforto antes não disponível.

É um sistema facilmente adaptado a qualquer utilidade doméstica, ou seja, uma tecnologia expansível e flexível onde o próprio habitante designa como será beneficiado com essa automação. Dentre os principais benefícios podemos destacar o conforto, otimização do tempo causado pela diminuição das tarefas rotineiras e principalmente pela segurança e seus aspectos.

Em projetos de automação residencial a iluminação é um dos principais itens e para alcançar um design luminotécnico ideal é preciso muito trabalho. Arquitetos criam seus projetos da forma como eles visualizam os ambientes, porém o usuário dificilmente faz uso desse sistema devido a grande quantidade de interruptores que devem ser ativados e/ou desativados para atingir determinada cena projetada pelo arquiteto. Sendo assim, mesmo o melhor projeto luminotécnico, não tem valor sem controle.

(14)

1.2 Objetivos

Este projeto tem como objetivo geral a elaboração de um dispositivo de controle de iluminação para ambientes podendo criar cenas projetadas pelo arquiteto.

Os objetivos específicos são:

 Apresentação de um protótipo de uma casa com a possibilidade de gerar quatro cenas diferentes, pré-determinada pelo arquiteto e programador;

 Uso de microcontrolador ATMEL AT89S52 – 24PU, da família 8051;

 Uso de um dispositivo de chaveamento de tensão, o TRIAC FT0608MH;

 Utilização da linguagem de programação Assembly;

 Uso de um LCD 2x16 e botões pulsadores para criação da Interface Homem Máquina (IHM).

1.3 Metodologias

Para a elaboração deste projeto, foram realizadas pesquisas bibliográficas em artigos técnicos especializados e sites conceituados da internet, além da realização de diversos testes para a análise dos componentes eletrônicos que foram utilizados.

1.4 Percepção da Luz

Cada pessoa percebe a luz de forma diferente e a iluminação tem efeitos consideráveis sobre como as pessoas se sentem em cada ambiente.

Estudos realizados pela Sociedade de Engenharia de Iluminação da América do Norte (IESNA) apontam que percebemos muito mais luz do que precisamos nos ambientes.

(15)

Uma lâmpada dimerizada a 10% do máximo de luz medida é percebida pelo olho humano como se tivesse sido dimerizada a apenas 32%. Da mesma forma, quando a dimerizamos a 1% a percepção é de 10%.

Suponha que uma pessoa necessite, em um determinado ambiente, de 1200 lux, e que, na dimerização mínima do sistema, você deseje ter 120 lux. 1% de luz medida (12lux) é percebida como 10% (resultado desejado). 5% de luz medida (60 lux) é percebida como 22% (2x mais do que o desejado). 10% de luz medida (120 lux) é percebida como 32% (3x mais do que o desejado).

Na figura 1 podemos observar o gráfico da percepção de luz.

Figura 1 - Gráfico de percepção de luz.

Fonte: IESNA Lighting Handobook (Illuminating Engineering Society of North America)

A luz percebida pode ainda ser calculada através da equação 1 apresentada.

(16)

2 VIABILIDADE TÉCNICA

Para o planejamento do projeto “Controle de iluminação – Ambientação cênica e dimerização” fizemos uso dos conhecimentos adquiridos ao longo do curso nas matérias de Fundamentos em eletrônica (FDET), Fundamentos em eletricidade (FDEL), Desenho técnico (DET), Instalação de sistemas eletrônicos (ISET), Instalação de sistemas eletroeletrônicos prediais (ISEP), Manutenção de sistemas eletrônicos (MSET) Manutenção de sistemas eletroeletrônicos prediais (MSEP); Desenvolvimento de sistemas eletrônicos (DSET) e Desenvolvimento sistemas eletroeletrônicos prediais (DSEP).

Os componentes que são utilizados para construção deste projeto são de fácil acesso para as pessoas físicas, podendo estes serem encontrados em qualquer loja de componente eletrônico. Já com relação à programação utilizada para seu funcionamento pode ser realizada por qualquer pessoa que tenha conhecimentos básicos sobre a linguagem de programação Assembly.

O componente principal deste projeto é o microcontrolador ATMEL AT89S52 – 24PU, da família 8051.

(17)

3 VIABILIDADE ECONÔMICA

Devido à falta de chuva no ano de 2014 e início de 2015 e sem um plano adequado de investimento, o Brasil passa por um momento de crise hídrica e elétrica, acarretando em um aumento nas despesas com energia elétrica.

Em um levantamento realizado pelo programa Bom Dia Brasil até o mês de

setembro o valor da tarifa de energia elétrica havia aumentado 48%, ou seja, uma pessoa que até 2014 tinha um gasto de R$ 200,00 por mês agora irá pagar algo em torno de R$296,00, quase R$ 100,00 a mais por mês, sendo que, até o final do ano de 2015 é previsto um aumento de mais 8%. Já em outro levantamento realizado pelo jornal O Globo para o ano de 2016 a tarifa de energia elétrica pode sofrer um

novo aumento de 15% ao longo do ano.

Observando esses reajustes nas tarifas de energia elétrica alguma medida deve ser tomada pelo consumidor para evitar um gasto monetário excessivo. Tendo em vista que em residências, a iluminação pode corresponder em até 30% do consumo total de energia elétrica e, ainda utilizando o exemplo da pessoa que gasta agora R$296,00 com energia, ela tem um gasto de R$88,80 apenas com a iluminação de sua residência.

A integração de um sistema de automação da iluminação pode proporcionar uma economia na ordem de 10% a 15%, além de tornar o ambiente residencial mais aconchegante.

Se reduzirmos o brilho emitido por uma lâmpada em 10% não será possível notar uma diferença na iluminação, porém terá uma economia real de 10% na tarifa de energia.

(18)

Tabela 1 – Economia e aumento da vida útil da lâmpada.

Luz Emitida

Quantidade de brilho reduzido

Economia de energia

Aumento da vida útil da lâmpada

90% 10% 10% 2 - 3 vezes

75% 25% 20% 3 - 6 vezes

50% 50% 40% Até 20 vezes

25% 75% 60% Mais de 20 Vezes

Fonte: Revista Lumière

(19)

4 DESCRIÇÃO DO PROJETO

Neste capítulo será apresentado de forma objetiva e clara o funcionamento de cada parte integradora deste projeto.

4.1 Descrição de funcionamento do sistema

O projeto controle de iluminação – ambientação cênica e dimerização é constituído por algumas partes dentre as quais destacamos o núcleo principal do circuito que é o microcontrolador ATMEL AT89S52, da família 8051, onde nele está contido a programação do sistema. O microcontrolador realiza a seleção de quais saídas para lâmpadas devem ser selecionadas e com qual potência deve ser feito. Para o acionamento das lâmpadas foi utilizado um optoacoplador para proteger a saída do microcontrolador e um TRIAC para realizar o chaveamento da fase na frequência desejada.

O usuário tem interação com o sistema fazendo uso de uma IHM onde ele seleciona qual a cena desejada. Assim que escolher a cena o microcontrolador seleciona quais as saídas e a potência que são ativadas as saídas, dando ao usuário a possibilidade de alterar o percentual de potência em uma escala de dez a cem por cento.

Para desativar o sistema um botão de desliga está disponível. Ao pressioná-lo o microcontrolador desativa todas as saídas e fica em espera até ser selecionada uma nova cena.

A fim de apresentar o resultado do projeto em desenvolvimento foi criada uma maquete que representa uma residência em corte, focando os ambientes apropriados para a valorização da iluminação.

4.2 Pesquisa e determinação dos circuitos utilizados

(20)

4.2.1 Microcontrolador 8051:

Os microcontroladores são componentes que tem, num único chip, além de uma CPU, elementos tais como memórias ROM e RAM, temporizadores e contadores, PWM, conversor AD, canais de comunicação e conversores analógicos-digitais.

Existem no mercado muitos tipos de microcontroladores sendo o 8051, lançado no inicio da década de 80, o mais popular.

Figura 2 – Apresentação física dos encapsulamentos do Microcontrolador 8051.

Fonte: http://eu-engenheiro.no.comunidades.net/microcontrolador-ms518051

O seu sucesso se dá devido a vários motivos como, por exemplo, baixo custo, facilidade de uso e versatilidade, amplo suporte, rápido e eficaz, vários fabricantes, aperfeiçoamento constante, pode ser programado em Assembly ou C.

Destacamos, também, as principais características deste componente que são entradas de interrupção externa, quatro ports de I\O, RAM interna de uso geral de 128 bytes e 128 bytes correspondentes aos registradores especiais, ROM interno de 4 Kbytes, dois timers de 16 bits, uma interface serial, capacidade de 64 Kbytes de endereçamento externo de RAM, capacidade de 64 Kbytes de endereçamento externo de ROM, processador booleano (opera com bits), ciclos típicos de instrução de 1 e 2 µs a 12 MHz, instrução direta de divisão e multiplicação.

As características citadas são básicas e formam o núcleo da família 8051, que pode ser acrescido de uma ou mais das características especiais.

(21)

Figura 3 – Disposição dos terminais do Microcontrolador 8051.

Fonte: http://www.oocities.org/eduardo_tello79/Otros/Micro8051/Micro8051.htm

4.2.3 Modulação por Largura de pulso (PWM)

A modulação por largura de pulso conhecida pela sigla PWM (Pulse Width Modulation) consiste em variar a largura do pulso tornando possível o controle de potência ou velocidade.

Considerando uma onda quadrada, para o funcionamento correto do PWM devemos variar a largura de pulso da onda, para efeito de cálculo dois parâmetros são necessários o período e a largura do pulso propriamente dito, chamada de duty-cycle, definida em porcentagem segundo equação 2 apresentada:

DutyCycle = 100 ×

Largura do Pulso_Periodo

(2)

Onde:

Duty-Cycle: Valor em (%)

Largura do pulso: Tempo em que o sinal está ligado. Período: Tempo de um ciclo da onda.

Na figura 4 apresentamos Exemplos de formas de onda, variando a largura de pulso.

(22)

Figura 4 – Exemplos de formas de onda, variando a largura de pulso.

Fonte: http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/image/pwm_exemplo.png

A tensão média aplicada na carga usando um controle PWM pode ser calculada a partir da equação 3 apresentada.

Tensão Média = Tensão Aplicada × Duty Cucle (3)

A vantagem do uso circuitos PWM como controladores contra os circuitos resistivos está na eficiência. Enquanto o PWM trabalha com eficiência quase 1 (menos de 1% de perda), um circuito resistivo trabalhando a 50% da carga, 50% vai realmente para alimentação da carga e 21% é perdido em aquecimento nos resistores.

Outra grande vantagem é que, na modulação de largura de pulso, os pulsos estão com o valor nominal de pico, gerando um maior torque nos motores. Já um controlador resistivo, que deverá ter uma tensão reduzida, poderá causar parada de um motor devido ao torque reduzido.

4.2.4 Circuito detector de passagem por zero (Zero Crossing)

(23)

Figura 5 - Exemplificação do funcionamento do Zero Crossing.

Fonte: Autor

Na figura vemos que o sinal senoidal aparece na forma retificada e o pulso gerado pelo zero crossing de um circuito de testes para entender seu funcionamento.

Para realização deste projeto se fará uso de um comparador analógico para obter o sinal de zero crossing, onde apresentamos na figura 6 sua pinagem e circuitos internos.

Figura 6 – Amplificador Operacional.

(24)

Um comparador analógico é um pequeno dispositivo com duas entradas e uma saída. Consiste em duas portas de entrada analógicas e uma saída digital binária. Este dispositivo lê o sinal recebido em suas portas de entrada. Caso o sinal recebido seja maior que o sinal de referência ou aterramento, tem sua porta de saída saturada e envia um sinal elétrico. Quando o valor recebido em sua porta de entrada é igual ou inferior ao valor de referência, cessa o envio deste sinal. O resultado é uma saída binária de dois níveis, um e zero.

Após a tensão de entrada ser baixada de 127V para 12V, este sinal de tensão é enviado ao comparador analógico LM324N para o pino 2. O comparador consiste em duas portas de entrada analógicas e uma saída digital binária. Uma de suas duas entradas está aterrada (pino três), enquanto a outra é alimentada com 12V (pino dois). Os valores lidos de tensão serão comparados com a tensão de referência. Caso o valor da entrada seja maior que a tensão de referência, a saída do comparador analógico irá saturar para o valor “um”. Se esta tensão for igual ou menor ao valor do aterramento, o valor de saída será zero. Essa saída será ligada no Port 3.2 do microcontrolador onde ele fara a leitura do zero crossing.

Quando o disparo do TRIAC acontecer exatamente no momento em que a senóide passa pelo valor de tensão igual a zero, a subida de tensão na carga não será tão brusca e isso evitará a emissão de interferências, reduzindo a geração de harmônicas e diminuindo sobremaneira os problemas que são gerados pelo controle por fase.

4.2.5 Circuito de chaveamento (TRIAC)

(25)

Figura 7 – Representação das junções do tiristor e em diagramas.

Fonte: http://www.electronica-pt.com/imagens/componentes/tiristor.jpg

O tiristor conduz a corrente só num sentido. Para regular a corrente alternada numa carga, com dispositivos semicondutores de potência, é necessário o uso de dois tiristores, montados em antiparalelo. Para a realização destes dois dispositivos num só se criou o TRIAC, o qual apresentamos uma representação na figura 8.

Figura 8 – Representação TRIAC.

Fonte: http://www.sabereletronica.com.br/files/image/estudo_do_triac_figura_01.png

Mediante um só TRIAC é possível o controle de onda completa, com o que se obtém notáveis vantagens sobre o emprego de tiristores. Entre as vantagens que o TRIAC oferece sobre dois tiristores, podemos destacar a utilização de um só componente e, portanto, um só dissipador e com isso o desenvolvimento de circuitos de disparo mais simples.

(26)

Optamos então pelo uso do TRIAC para realizar o controle da luminosidade gerada pela lâmpada, pois para se controlar a potência aplicada à lâmpada, é realizado o controle do valor de tensão, baseado no período de sua senóide. Em uma rede de corrente alternada (CA), a tensão da rede assume dois sinais em seu ciclo de 360°. Meio ciclo de corrente será positivo, enquanto o outro meio ciclo será negativo. O TRIAC que tem como característica principal a possibilidade de disparar ou chavear a tensão independentemente do sinal do meio ciclo é o dispositivo ideal para o projeto. Apresentamos na figura 9 o encapsulamento do TRIAC e sua pinagem.

Figura 9 – Aspecto físico do TRIAC.

Fonte: http://www.sabereletronica.com.br/files/image/estudo_do_triac_figura_06.png

A comutação do estado de bloqueio ao estado de condução do TRIAC pode ser conseguida tanto com o terminal MT1 positivo em relação a MT2, como na situação inversa e com pulsos positivos ou negativos na gate (G). Os TRIACs comuns precisam apenas de alguns miliampères de corrente no gate para disparar, controlando correntes que podem chegar a centenas de ampères. Para manter o TRIAC no estado de condução, uma vez suprimido o sinal de disparo na gate, é necessário que a corrente que atravessa o componente seja superior à corrente de manutenção indicada pelo fabricante.

4.2.6 Display LCD Alfanumérico

(27)

para conexão. Os LCD comuns (tipo caractere) são especificados em número de linhas por colunas e são encontrados nas configurações apresentadas na Tabela 2.

Tabela 2 - Módulos LCD disponíveis.

Número de

Colunas Número de Linhas Quantidade de pinos

8 2 14

12 2 14/15

16 1 14/16

16 2 14/16

16 4 14/16

20 1 14/16

20 2 14/16

20 4 14/16

24 2 14/16

24 4 14/16

40 2 16

40 4 16

Fonte: Autor

Para este projeto utilizamos o display modelo 16x2 apresentado na figura 10.

Figura 10 - Display LCD Alfanumérico.

(28)

Os LCDs alfanuméricos seguem um padrão de especificação de interface, onde estão presentes 14 pinos de acesso (Para os LCDs sem iluminação em back-light) ou 16 pinos (para os que possuem iluminação em back-light para facilitar as leituras durante a noite).

Estes módulos utilizam um microcontrolador próprio, permitindo sua interligação com outras placas através de seus pinos. A função de cada pino é resumida de acordo com a tabela 3.

Tabela 3 – Pinagem do Display LCD Alfanumérico.

Pinos Nome Função

1 Vss Terra

2 Vdd Positivo (Normalmente 5V)

3 V0 ou Vee Contraste do LCD

4 RS Register Select

5 R/W Read/Write

6 E Enable

7 D0 Bit 0 do dado a ser escrito no LCD (ou lido nele) 8 D1 Bit 1 do dado a ser escrito no LCD (ou lido nele) 9 D2 Bit 2 do dado a ser escrito no LCD (ou lido nele) 10 D3 Bit 3 do dado a ser escrito no LCD (ou lido nele) 11 D4 Bit 4 do dado a ser escrito no LCD (ou lido nele) 12 D5 Bit 5 do dado a ser escrito no LCD (ou lido nele) 13 D6 Bit 6 do dado a ser escrito no LCD (ou lido nele) 14 D7 Bit 7 do dado a ser escrito no LCD (ou lido nele)

15 A Anodo do Back- Light

16 K Catodo do Back-Light

(29)

5 DESENVOLVIMENTO

Neste capítulo é abordada a forma de implementação do circuito proposto, os testes realizados durante seu desenvolvimento, fluxograma da programação do microcontrolador, responsável por todo o controle lógico do sistema de iluminação.

5.1 Diagramas de blocos do circuito

O diagrama de blocos apresentado na figura 11 ilustra de maneira simplificada a forma que circuito deste projeto funciona.

Figura 11 – Esquema geral do circuito.

Fonte: Autor

Sinal Alternado para disparo do TRIAC

Alimentação Display ZERO CROSSING MÓDULO DISPLAY LCD FONTE DE ALIMENTAÇÃO Vdc = 5 V REDE ELÉTRICA

Vrms = 110 V BOTÔES DE CONTROLE

MICROCONTROLADOR

OPTOACOPLADOR

CIRCUITO CHAVEADOR CARGA:

LAMPADAS Tensão Alternada Tensão Continua Fluxo de Informações

Tempo de disparo Ambiente selecionado e

(30)

5.2 Memorial Cálculos

Apresentamos os cálculos utilizados durante o desenvolvimento do projeto para dimensionamento dos componentes utilizados.

5.2.1 Dimensionamento da fonte

Tensão RMS: 127 V 60Hz

Tensão Limiar no diodo: 0,7 V

Corrente Máxima na carga: 200 mA

Trafo: 127 Vac -12 Vac 200 mA

- Tensão de pico no secundário do transformador

Vsecundário = 12 V Vpsec = 12 × √2

Vpsec = Vrms × √2 Vpsec = 16,97 Volts

- Tensão inversa no diodo (Vid)

Vid = VP  Vid= 16,97V

- Capacitor para uma ondulação de 10%

Vond = 0,1 x Vp  Vond= 0,1 x 16,97  Vond = 1,69

- Capacitor para corrente máxima de 200 mA *Ripple de 10%

Fond = Frequência de ondulação Idc = Corrente do capacitor

C =

_Fond×VondIdc



_{C =}

0,2A

(31)

5.2.2 Dimensionamento do optoacoplador

MOC 3023: Id(forward) = 50 mA Vdiodo = 1,3

Isaída = 100 mA Vout = 250 Vac

5.2.3 Dimensionamento do circuito do TRIAC

FT0608MH: Vgt = 1,3 V Vrms = 600 V

Igt = 10 mA

It(rms) = 6 A

Apresentamos na figura 12 o circuito chaveador desenvolvido. Figura 12 – Circuito chaveador.

Fonte: Autor

R1 = 5 V−1,3 V_{50 mA} _{R1 =} 3,7 V

50 mA R 1 = 74Ω

R2 = 127 V−1,3 V_{10 mA} _{R2 =}125,7 V

10 mA R 2 = 12K 5Ω

R1

(32)

5.3 Custos dos componentes a serem utilizados

A tabela 4 apresenta os valores e a quantidade dos componentes usados e também demonstra o valor total em reais, gasto para realização deste projeto.

Tabela 4 – Custos dos componentes utilizados no projeto.

Descrição Unidade Qtd. Valor unitário Valor total Resistor filme de Carbono 10 Ohms 1W Pç. 7 R$ 0,08 R$ 0,56 Resistor filme de Carbono 100 Ohms 1W Pç. 1 R$ 0,08 R$ 0,80 Resistor filme de Carbono 220 Ohms 1W Pç. 7 R$ 0,08 R$ 0,56 Resistor filme de Carbono 330 Ohms 1W Pç. 14 R$ 0,08 R$ 1,12 Resistor filme de carbono 1k Ohms 1W Pç. 2 R$ 0,08 R$ 0,16 Resistor filme de Carbono 10k Ohms 1W Pç. 1 R$ 0,08 R$ 0,08 Resistor filme de Carbono 5k6 Ohms 1W Pç. 7 R$ 0,08 R$ 0,56 Capacitor cerâmico 22pF / 50 V Pç. 2 R$ 0,20 R$ 0,40 Capacitor eletrolitíco 1000µF / 25V Pç. 2 R$ 1,00 R$ 2,00 Capacitor eletrolitíco 10µF / 25V Pç. 1 R$ 0,20 R$ 0,20 Capacitor poliester 33nF/ 25V Pç. 1 R$ 0,20 R$ 0,20 Capacitor poliester 1000nF/ 63V Pç. 1 R$ 0,30 R$ 0,30 Capacitor poliester 100nF/ 250V Pç. 7 R$ 1,00 R$ 7,00

LED comum verde 3mm Pç. 1 R$ 0,20 R$ 0,20

Trafo 127V/220V - 12V + 12V 500mA Pç. 1 R$ 18,00 R$ 18,00 Ponte retificadora W08M 1.5A Pç. 1 R$ 3,00 R$ 3,00 Regulador de tensão LM7805 5Vdc Pç. 1 R$ 2,00 R$ 2,00

Botão Pulsador NA/NF Pç. 7 R$ 1,00 R$ 7,00

Potenciometro trimpot 20k Ohms 3006p Pç. 1 R$ 1,40 R$ 1,40 Display LCD 2X16 Matriz 5X7 Pç. 1 R$ 30,00 R$ 30,00 Microcontrolador Atmel AT89S52-24PU Pç. 1 R$ 12,00 R$ 12,00

Cristal 12MHz Pç. 1 R$ 3,00 R$ 3,00

Comparador analógico LM324N Pç. 1 R$ 1,50 R$ 1,50

Optoacoplador MOC3023 Pç. 7 R$ 3,00 R$ 21,00

Triac FT0608MH 200V-600V 6A Pç. 7 R$ 4,00 R$ 28,00

Soquete MIGNON WALMA Pç. 7 R$ 3,70 R$ 25,90

Lâmpada UNI/NARDS 127V 7W E14 Pç. 7 R$ 1,25 R$ 8,75 Placa Genérica Perfurada 10X15 Pç. 1 R$ 15,00 R$ 15,00

Lista de Materiais

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5.4 Fluxograma da programação

CARREGA NO DISPLAY A MENSAGEM RELACIONADA AO BOTÃO MENSAGEM DE APRESENTAÇÃO MENSAGEM INICIAL BOTÃO FESTA PRESSIONADO? INÍCIO BOTÃO FILME PRESSIONADO? BOTÃO RELAX

PRESSIONADO? BOTÃO LEITURA PRESSIONADO? AGUARDA PRECIONAR

BOTÃO

CARREGA REGISTRADOR 1 COM AS SAIDAS A SEREM

SETADAS

CHAMA ROTINA DE POTENCIA

HOUVE MUDANÇA DE AMBIENTE? HOUVE MUDANÇA DE POTENCIA? BOTÃO DESLIGA PRESSIONADO?

CONTINUA NA MESMA POTENCIA

FIM

Não Não Não

Não

Sim Sim Sim Sim

Sim

Não

Sim

Não

(34)

(35)

6 CONCLUSÃO

Devido aos aumentos na tarifa de energia elétrica que houve nos últimos anos se torna viável a criação de projetos que proporcionam economias de energia elétrica. Este projeto proporciona aos usuários economia, comodidade e tem um valor para sua aquisição de baixo custo, o que torna este sistema um atrativo para os usuários.

Portanto, provando que é possível a criação de um projeto de baixo custo, que gera uma redução no consumo de energia elétrica e aumento da vida útil da lâmpada e ao mesmo tempo proporciona comedida ao usuário pelo fato dele poder ter um controle sobre a iluminação do ambiente, logo podemos dizer que alcançamos os objetivos propostos com sucesso.

(36)

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

NICOLOSI, Denis Emilio C. Laboratório de Microcontroladores Família 8051. São Paulo: Editora Érica, 2002.

MACIEL, Fernando de Melo. Circuito para regulagem de potência utilizando tiristor TRIAC e microcontrolador 8051. 2010. Monografia (Engenharia da Computação) – Centro Universitário de Brasília (UniCEUB).

GARCIA, Gabriel. _{“Brasil enfrenta a pior crise energética da história”.}2015. Disponível em:

<http://noblat.oglobo.globo.com/geral/noticia/2015/01/brasil-enfrenta-pior-crise-energetica-da-historia.html>. Acesso em 24 de novembro de 2015

TORRES, Heloísa. Luz vai aumentar de novo depois de já ter subido quase 48% este ano. 2015.

Disponível em: <http://g1.globo.com/bom-dia-brasil/noticia/2015 /09/conta-de-luz-ja-subiu-quase-48- este-ano-o-novo-aumento-que-sera-cobrado-por-39-das-64-concessionarias-de-energia-pode-chegar-8.html>. Acesso em 24 de novembro de 2015.

NOGUEIRA, Danielle; BATISTA, Henrique Gomes; FARIELLO, Danilo. Luz pode subir até 15% em 2016 com novas fontes de pressão. 2015. Disponível em: <http://oglobo.globo.com/economia/luz-pode-subir-ate-15-em-2016-com-novas-fontes-de-pressao-17833006>. Acesso 24 de novembro de 2015.

DICAS, Arquiteto. Dimmerização – Conforto Visual com Economia de Energia. Disponível em: <http://www.dimero.com.br/dicas_arquitetos/pdf/Dimmeriza%C3% A7%C3%A3o%20-%20Conforto%20Visual%20com%20Economia%20de%20 Energia.pdf>. Acesso 24 de novembro de 2015.

JÚNIOR, Wellington Soares. Economia de energia por meio de controle de brilho. 2015. Disponível em: <http://www.bluelux.com.br/economia-de-energia-por-meio-de-controle-de-brilho/>. Acesso 24 de novembro de 2015.

MECAWEB education site. PWM - Modulação Por Largura de Pulso. Disponível em: <http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_pwm>. Acesso 24 de novembro de 2015.

MOREIRA, Alberto; NEGREIROS, Thiago; PORTNOI, Marcos. PULSE WIDTH MODULATION.

Disponível em: < https://www.eecis.udel.edu/~portnoi/academic/ academic-files/pwm.html>. Acesso 24 de novembro de 2015.

SABER Eletrônica. Estudo do TRIAC. 2011. Disponível em: <http://www.sabereletronica.com.br/artigos/2744-estudo-do-triac>. Acesso 25 de novembro de 2015.

(37)

APENDICE A – CÓDIGO FONTE DO SISTEMA

TOTAL EQU 25000

BOT_OP1 EQU P0.0

BOT_OP2 EQU P0.1

BOT_OP3 EQU P0.2

BOT_OP4 EQU P0.3

BOT_INC EQU P0.4

BOT_DEC EQU P0.5

BOT_DESL EQU P0.6

TRIAC EQU P2.0

E EQU P3.0

RS EQU P3.1

ZCROSS EQU P3.2

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; INICIO ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

ORG 0000H

LJMP INICIO

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; CONFIGURAÇÃO INICIAL DISPLAY ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

INICIO:

LCALL CONFIG_TIMER

LCALL CONFIG_DISP

CLR ZCROSS

MOV P2, #00H

MOV P1, #80H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS1

LCALL INICIO_MENS

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS2

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; DESLIGA ROTINAS ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

DESL:

MOV P1, #80H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS17

(38)

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS4

LCALL INICIO_MENS

DESL1:

JNB BOT_OP1, OPT1

JNB BOT_OP2, OPT2

JNB BOT_OP3, OPT3

JNB BOT_OP4, OPT4

JMP DESL1

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; TIPOS DE AMBIENTES ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

OPT1:

MOV R1, #0FFH

LCALL FESTA

OPT2:

MOV R1, #50H

LCALL FILME

OPT3:

MOV R1, #55H

LCALL RELAX

OPT4:

MOV R1, #80H

LCALL LEITURA

FESTA:

MOV P1, #80H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS20

LCALL INICIO_MENS

LCALL CEM

(39)

MOV P1, #80H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS19

LCALL INICIO_MENS

LCALL VINTE

RELAX:

MOV P1, #80H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS18

LCALL INICIO_MENS

LCALL CINQUENTA

LEITURA:

MOV P1, #80H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS21

LCALL INICIO_MENS

LCALL SETENTA

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; CONTROLE DE POTENCIA ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

MIN:

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS16

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO

DEZ:

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS5

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO2

DEZ1:

JNB BOT_OP1, OPT1

(40)

JNB BOT_OP3, OPT3

JNB BOT_OP4, OPT4

JNB BOT_DESL, AT_DESL0

JNB BOT_INC, VINTE

JNB BOT_DEC, MIN

MOV P2, #00H

MOV TH0, #HIGH(((TOTAL/10)*1)+(65535-TOTAL)) MOV TL0, #LOW(((TOTAL/10)*1)+(65535-TOTAL))

SETB TR0

MOV P2, #00H

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

SETB TR0

ZCROSS0: JB ZCROSS, CONT0

JMP ZCROSS0

CONT0: MOV P2, R1

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

JMP DEZ1

AT_DESL0:

LCALL DESL

VINTE:

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS6

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO2

VINTE1:

JNB BOT_DEC, DEZ

JNB BOT_OP1, AT_OP11

JNB BOT_INC, TRINTA

MOV P2, #00H

(41)

MOV P2, #00H

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

SETB TR0

JMP ZCROSS1

CONT1: MOV P2, R1

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

JMP VINTE1

AT_DESL1:

LCALL DESL

AT_OP11:

LCALL OPT1

AT_OP21:

LCALL OPT2

AT_OP31:

LCALL OPT3

AT_OP41:

LCALL OPT4

TRINTA:

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS7

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO2

TRINTA1:

JNB BOT_DEC, VINTE

JNB BOT_INC, QUARENTA

MOV P2, #00H

SETB TR0

(42)

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

SETB TR0

JMP ZCROSS2

CONT2: MOV P2, R1

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

JMP TRINTA1

QUARENTA:

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS8

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO2

QUARENTA1:

JNB BOT_INC, CINQUENTA

JNB BOT_DEC, TRINTA

MOV P2, #00H

SETB TR0

MOV P2, #00H

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

SETB TR0

JMP ZCROSS3

CONT3: MOV P2, R1

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

(43)

AT_DESL2:

LCALL DESL

AT_OP12:

LCALL OPT1

AT_OP22:

LCALL OPT2

AT_OP32:

LCALL OPT3

AT_OP42:

LCALL OPT4

CINQUENTA:

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS9

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO2

CINQUENTA1:

JNB BOT_DEC, QUARENTA

JNB BOT_INC, SESSENTA

MOV P2, #00H

SETB TR0

MOV P2, #00H

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

SETB TR0

JMP ZCROSS4

CONT4: MOV P2, R1

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

(44)

SESSENTA:

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS10

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO2

SESSENTA1:

JNB BOT_INC, SETENTA

JNB BOT_DEC, CINQUENTA

MOV P2, #00H

SETB TR0

MOV P2, #00H

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

SETB TR0

JMP ZCROSS5

CONT5: MOV P2, R1

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

JMP SESSENTA1

AT_DESL3:

LCALL DESL

AT_OP13:

LCALL OPT1

AT_OP23:

LCALL OPT2

AT_OP33:

LCALL OPT3

AT_OP43:

LCALL OPT4

(45)

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS11

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO2

SETENTA1:

JNB BOT_DEC, SESSENTA

JNB BOT_INC, OITENTA

MOV P2, #00H

SETB TR0

MOV P2, #00H

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

SETB TR0

JMP ZCROSS6

CONT6: MOV P2, R1

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

JMP SETENTA1

OITENTA:

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS12

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO2

OITENTA1:

(46)

JNB BOT_INC, NOVENTA

JNB BOT_DEC, SETENTA

MOV P2, #00H

SETB TR0

MOV P2, #00H

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

SETB TR0

JMP ZCROSS7

CONT7: MOV P2, R1

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

JMP OITENTA1

AT_DESL4:

LCALL DESL

AT_OP14:

LCALL OPT1

AT_OP24:

LCALL OPT2

AT_OP34:

LCALL OPT3

AT_OP44:

LCALL OPT4

NOVENTA:

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS13

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO2

NOVENTA1:

JNB BOT_DEC, OITENTA

(47)

JNB BOT_INC, CEM

MOV P2, #00H

SETB TR0

MOV P2, #00H

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

SETB TR0

JMP ZCROSS8

CONT8: MOV P2, R1

JNB TF0, $

CLR TR0

CLR TF0

JMP NOVENTA1

AT_DESL5:

LCALL DESL

AT_OP15:

LCALL OPT1

AT_OP25:

LCALL OPT2

AT_OP35:

LCALL OPT3

AT_OP45:

LCALL OPT4

CEM:

MOV P2, #00H

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS14

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO2

ZCROSS9:

JB ZCROSS, CEM1

JMP ZCROSS9

CEM1:

JNB BOT_DEC, NOVENTA

(48)

JNB BOT_INC, LIMITE

MOV P2, R1

JMP CEM1

LIMITE:

MOV P2, R1

MOV P1, #0C0H

LCALL TEMPO_INST

MOV DPTR, #MENS15

LCALL INICIO_MENS

LCALL ATRASO

JMP CEM

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ESCREVE MENSAGENS ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

INICIO_MENS:

MOV B, #00H

VOLTA:

MOV A, B

MOVC A, @A+DPTR

CJNE A,#'$', GRAVA_MENS

RET

GRAVA_MENS:

MOV P1, A

LCALL TEMPO_DADO

INC B

LJMP VOLTA

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ROTINAS DE DISPLAY ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

CONFIG_DISP:

MOV P1, #38H

LCALL TEMPO_INST

(49)

LCALL TEMPO_INST

MOV P1, #0CH

LCALL TEMPO_INST

MOV P1, #01H

LCALL TEMPO_INST

RET

TEMPO_INST:

CLR RS

SETB E

MOV R2, #1

LCALL TIMER

CLR E

RET

TEMPO_DADO:

SETB RS

SETB E

MOV R2, #1

LCALL TIMER

CLR E

RET

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ROTINAS DE TEMPO ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

CONFIG_TIMER:

MOV TMOD, #01H

MOV TCON, #00H

RET

TIMER:

MOV TMOD, #10H

MOV TCON, #00H

CONT_UM_SEG:

MOV TH1, #0DBH

MOV TL1, #0DBH

SETB TR1

JNB TF1, $

CLR TF1

DJNZ R2, CONT_UM_SEG

(50)

RET

ATRASO:

MOV R2, #64H

MOV TH1, #0DBH

MOV TL1, #0DBH

SETB TR1

JNB TF1, $

CLR TF1

CLR TR1

RET

ATRASO2:

MOV R2, #0AH

MOV TH1, #0DBH

MOV TL1, #0DBH

SETB TR1

JNB TF1, $

CLR TF1

CLR TR1

RET

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; MENSAGENS PARA DISPLAY ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

MENS1: DB 'CONTROL AMBIENTE $'

MENS2: DB 'CARREGANDO... $'

MENS4: DB 'POTENCIA: 000% $'

MENS15: DB 'MAXIMO $'

MENS16: DB 'MINIMO $'

MENS17: DB 'SELEC. AMBIENTE $'

MENS18: DB 'RELAX $'

MENS19: DB 'FILME $'

MENS20: DB 'FESTA $'

MENS21: DB 'LEITURA $'

(51)

APENDICE B – CIRCUITOS DO PROJETO

Circuito principal do projeto

(52)

Circuito fonte DC

Fonte: Autor

Circuito zero crossing

Fonte: Autor

Circuito chaveamento TRIAC

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