UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ARLY CORRÊA GRECO FILHO POÇO DIGITAL

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

ARLY CORRÊA GRECO FILHO

POÇO DIGITAL

ARLY CORRÊA GRECO FILHO

POÇO DIGITAL

Trabalho da disciplina de Engenharia de Processamento Digital II.

Departamento: Engenharia Elétrica Curso: Engenharia Elétrica Área de Concentração Programação Professor Orientador:

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

Arly Corrêa Greco Filho

Orientador

Luis Fernando Espinosa Cocian

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.

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

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

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO...1

2. VISÃO GERAL DO PROBLEMA...2

2.1. Formulação do Problema de Engenharia...2

2.2. Definição do Escopo do Projeto...2

2.3. Universo das Soluções ...3

2.4. Justificativa Técnica e Econômica para a Solução Escolhida...3

3. MATERIAIS E MÉTODOS ...4

3.1. Montagem da Maquete...4

3.2. Circuito Eletrônico Implementado ...8

3.3. Descrição dos Testes Realizados no Software ...15

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ...16

4.1. Problemas Encontrados ...16

4.2. Avaliação dos Objetivos Propostos ...16

5. OBRAS CONSULTADAS ...17

APÊNDICE A – CIRCUITO ELETRÔNICO ...18

APÊNDICE B – FLUXOGRAMA ...27

APÊNDICE C – DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ...29

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.

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.

Definição do Escopo do Projeto

2.2.1. 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. 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.

MATERIAIS E MÉTODOS

3.1.

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 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.

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.

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,

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.

valor medido valor convertido

Vin mv Vout mv GRAUS

0 0 0 46 48 3 86 85 6 120 119 9 160 161 12 195 192 15 230 231 18 270 269 21 310 308 24 350 352 27 390 393 30 425 422 33 460 460 36 520 519 39 555 556 42 600 601 45 635 634 48 670 668 51

Tabela 1 sensor de temperatura

0 10 20 30 40 50 60 0 46 86 120 160 195 230 270 310 350 390 425 460 520 555 600 635 670 Vin (m V) T e m p e ra tu ra ( °C )

valor medido valor convertido

Vin Vout LITROS

0,00 0 0 0,10 0,12 3 0,20 0,21 7 0,30 0,3 11 0,40 0,39 14 0,50 0,51 18 0,60 0,6 21 0,70 0,71 24 0,80 0,8 28 0,90 0,9 31 1,00 1,01 34 1,10 1,09 38 1,20 1,22 41 1,30 1,3 44 1,40 1,4 48 1,50 1,52 51 1,60 1,6 54 1,70 1,68 58 1,80 1,83 61 1,90 1,9 64 2,00 2,03 68 2,10 2,12 71 2,20 2,2 74 2,30 2,3 78 2,40 2,41 81 2,50 2,49 84 2,60 2,57 85

Tabela 2 sensor de nível do reservatório

0 20 40 60 80 100 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 Vin (V) Á g u a ( L it ro s )

valor medido valor convertido

Vin Vout LITROS

0,00 0 0 0,25 0,24 1 0,45 0,43 2 0,65 0,67 3 0,85 0,83 4 1,05 1,05 5 1,25 1,25 6 1,45 1,44 7 1,65 1,63 8 1,85 1,86 9

Tabela 3 sensor de nível do bebedouro

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,00 0,25 0,45 0,65 0,85 1,05 1,25 1,45 1,65 1,85 Vin (V) A g u a ( L it ro s )

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

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 9 - Circuito de Controle sem os drives saída para o poço digital

Figura 11 - Circuito Eletrônico de Controle do poço digital funcionando

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 encontra em fase de desenvolvimento, para tirarmos proveito de todo o 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.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

4.1.

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.

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

APÊNDICE B – FLUXOGRAMA

inicio leitura dos ADS bebedouro >=max desliga eletrobomba bebedouro bebedouro <=min liga eletrobomba bebedouto temperatura >=max liga eletrobomba chuveiros temperatura <=min desliga eletrobomba chuveiros reservatorio >=max reservatorio <=min desliga eletrobomba reservatorio liga eletrobomba reservatorio le entrada entrada=0 V V F V F V F V F V F V F executa rotinas poço digital F

rotinas poço digital bit d0 entrada=1 bit d1 entrada=1 bit d2 entrada=1 bit d3 entrada=1 bit d4 entrada=1 bit d5 entrada=1 placa comando manda abrir porta placa comando manda fecharporta placa comando manda elevador subir placa comando manda elevador descer placa de comando define velocidade alta placa de comando define velocidade baixa verifica circuito segurança contato de portas fechados limite de porta aberta V F V F V V F F V F V F V F V F V F retorna a leitura dos ADS

APÊNDICE C – DESENVOLVIMENTO DO PROJETO

Figura 13-Desenvolvimento circuito protoboard

Figura 15- Protótipo Inicial junto Matriz de contatos

Figura 17-Circuito de Controle antes do LCD ser instalado

Figura 19 – Quadro comando elevador Sur comercial

Figura 21- Poço elevador limites a direita em baixo

ANEXOS