TÍTULO: SISTEMA DE CAPTURA E NORMALIZAÇÃO DE SINAIS DE GRANDEZAS FÍSICAS PARA TESTES DE ALGORITMOS DA LÓGICA PARACONSISTENTE ANOTADA - LPA
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO
CATEGORIA:
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA
ÁREA:
SUBÁREA: ENGENHARIAS
SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA
INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): VITOR MARTINS DOS SANTOS ALHO
AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): MAURÍCIO CONCEIÇÃO MÁRIO
1. RESUMO
A Lógica Paraconsistente Anotada, em sua forma especial com anotação de dois valores (LPA2V) tem sido bastante utilizada para estruturar programas computacionais em projetos de desenvolvimento (P&D), principalmente na área de Engenharia Elétrica, Eletrônica e de Computação. Frente a grande demanda de novos projetos com aplicações da LPA2V, tornou-se necessário a criação de uma plataforma especial de testes de validação de seus algoritmos na qual deverá ser implementada uma interface de captura e aquisição de dados. Portanto, este projeto de pesquisa tem como finalidade o desenvolvimento de um sistema de captura e normalização de sinais de grandezas físicas estruturando uma interface em hardware para uma plataforma de testes de algoritmos da LPA2V. Neste projeto será desenvolvida uma interface amigável capaz de inserir sinais de informação obtidos de equipamentos e sensores em tempo real, alimentando os algoritmos estruturados em conceitos da lógica paraconsistente anotada (LPA), para capacitá-los a efetuar análise de grandezas físicas, tanto de natureza elétrica como mecânica. Utilizaremos um microcontrolador PIC18F452 na implementação da interface que proverá os sinais normalizados para plataforma de testes dos algoritmos LPA2v. A interface fará a aquisição e captura de sinais diretamente de equipamentos, feita em tempo real com tratamento de normalização de valores. Para desenvolvimento foram utilizados simuladores e compiladores específicos, de modo que podemos observar seu funcionamento em um ambiente virtual e partir para montagem e testes com o mesmo. Tendo obtido sucesso com a simulação do hardware captando valores de tensão e enviando-os através da porta serial rs-232 para leitura do software. O projeto teve como subproduto a elaboração de técnicas serigráficas para confecção de placas de circuito impresso com boa qualidade e com baixo custo que pode ser utilizado futuramente para criação de novos projetos. O estudo nos mostra o quão inúmeros são os usos dos microcontroladores em aplicações gerais e como o fato de saber manipula-lo pode facilitar no desenvolvimento e na otimização de um projeto.
2. INTRODUÇÃO
O computador, apesar de toda sua complexidade, capacidade de processamento e multitarefa, é incapaz de capturar ou interpretar grandezas físicas do nosso ambiente sem o auxílio de um hardware externo adequado que faça essa interpretação e envie os dados para tratamento e utilizações em geral no computador. Este projeto tem como finalidade o desenvolvimento de um hardware capaz de interpretar grandezas físicas (vazão, pressão, temperatura e luminosidade) e transferi-las para o computador através da interface rs-232, fazendo uso do protocolo UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter) que será abordado mais adiante.
3. OBJETIVOS
Desenvolver um hardware utilizando um microcontrolador da família PIC18F para interpretar grandezas físicas através de suas entradas conversoras de sinais analógicos em digitais e enviar esses dados através da porta serial ao computador para demais finalidades determinadas pelo software.
4. METODOLOGIA 4.1 SERIGRAFIA
O processo de serigrafia, também conhecido como silk screen, é utilizado para transferência de imagens em tecido e vários outros tipos de materiais. A grande vantagem da serigrafia está na simplicidade do processo, no qual é utilizado uma tela para realizar a transferência de imagens para tecidos e outros tipos de materiais.
Atualmente, a serigrafia é muito utilizada na área da eletrônica na confecção das placas de circuitos dos mais variados tipos de dispositivos. O processo consiste em espalhar tinta fotossensível na placa e deixar a mesma secar.
Após a secagem, é impresso, em transparência, o fotolito (negativo do circuito) desejado e o mesmo é colocado entre a placa e uma fonte de raios UV (ultravioleta) durante um período determinado pelo tipo de iluminação e tipo de “emulsão” (mistura composta pela tinta foto sensível).
Então, lava-se a placa utilizando uma mistura de água e hidróxido de sódio (soda cáustica) para remover a tinta. Onde ocorreu exposição à luz ultravioleta não irá diluir, formando assim, as trilhas do fotolito na placa.
Figura 1 - pintando a placa
Por fim, mergulha-se a placa “revelada” em uma solução de percloreto de ferro com água ou ácido muriático com água oxigenada para efetuar a corrosão da placa.
Figura 3 - Placa revelada
4.2 HARDWARE
Para desenvolver o hardware que irá receber as entradas analógicas, utilizaremos um microcontrolador da família Pic18F452 como substituto ao 8051 anteriormente selecionado. Como podemos observar na figura abaixo.
Comunicação Serial (UART)
O protocolo de comunicação UART ou rs232 se dá através da porta serial do computador, por onde ocorre uma comunicação assíncrona, dada por dois sinais (Rx e Tx) onde os bits que compões os bytes de informação são enviados e recebidos sequencialmente por uma frequência (baud rate) predefinida.
Figura 5 - Pinagem do PIC18F452
Enquanto não há informação para ser transferida (idle), o sinal repousa no estado lógico 1, e para iniciar uma transferência, necessitamos que um “Start bit” de valor lógico 0 seja enviado antes do dado propriamente dito. Ao se dar por encerrada a transmissão dos bits de dados (podendo ser 8 ou 9), serão enviados dois “Stop bits” (Sp1 e Sp2) precedendo o envio do bit de paridade para eventuais detecções de erros. A figura a seguir, mostra como a comunicação na porta serial ocorre.
5. DESENVOLVIMENTO
5.1. Simulação
Para testes e simulação do circuito, foi elaborado um circuito simples que realiza uma leitura analógica, converte em um valor digital e mostra no LCD. Como podemos observar no circuito a seguir:
Nesse circuito temos o microcontrolador ligado à um cristal de 20Mhz, um sensor de temperatura ligado à entrada analógica AN0 junto com um voltímetro para verificar a precisão da leitura, um display de LCD 2x16 para exibição dos valores capturados, um circuito integrado MAX232 que adapta as tensões da porta serial (+15Vdc e -15Vdc) para TTL (+5Vdc e 0Vdc) e um terminal serial virtual para confirmar que os dados estão sendo enviados para a porta serial.
Figura 8 – ambiente de simulação
5.2 Hardware e código desenvolvido
Após constatar o bom funcionamento do código em simulação virtual, considerando o fato de encontrar dificuldades em representar números com vírgula, implementou-se a conversão dos dados antes de iniciar a leitura. O microcontrolador requer, através de um teclado matricial, um número multiplicador e um número divisor, de modo a adequar o resultado em função do número desejado de casas decimais, pois, a maioria dos sensores disponíveis no mercado possui escalas menores de tensão que devem ser convertidas para suas respectivas grandezas físicas.
𝑻𝒆𝒏𝒔ã𝒐 𝒅𝒐 𝑺𝒆𝒏𝒔𝒐𝒓
𝑫𝒊𝒗𝒊𝒔𝒐𝒓 𝒙 𝑴𝒖𝒍𝒕𝒊𝒑𝒍𝒊𝒄𝒂𝒅𝒐𝒓 = 𝑮𝒓𝒂𝒏𝒅𝒆𝒛𝒂 𝑭í𝒔𝒊𝒄𝒂
No exemplo a seguir, foi utilizado o mesmo sensor da simulação, o sensor LM35 (sensor de temperatura).
𝑻𝒆𝒏𝒔ã𝒐 𝒅𝒐 𝑳𝑴𝟑𝟓
𝟐,𝟎𝟒𝟖 𝒙 𝑴𝒖𝒍𝒕𝒊𝒑𝒍𝒊𝒄𝒂𝒅𝒐𝒓 = Temperatura na escala ºC
O dispositivo requisita um número divisor e aguarda a digitação do usuário, logo em seguida, requisita o multiplicador e, novamente, aguarda a digitação. Após isso, ele realiza a conversão A/D, multiplica o valor obtido da medição pelo multiplicador e faz a divisão pelo divisor, resultando no valor da grandeza física de uma forma mensurável para o usuário.
Para aumentar a faixa de medição do dispositivo, que se encontra na faixa de 0v-5v, será utilizado um divisor de tensão nas suas entradas A/D de modo a reduzir 100 vezes a tensão original, sendo necessário alterar a equação descrita anteriormente.
𝑻𝒆𝒏𝒔ã𝒐 𝒅𝒐 𝑺𝒆𝒏𝒔𝒐𝒓
Como a simulação virtual ocorreu com sucesso, o circuito foi confeccionado utilizando serigrafia e efetuaram-se os testes de medição e conversão utilizando uma fonte de alimentação chaveada ATX. Como podemos observar nas figuras 10 e 11.
6. RESULTADOS
Foi montado em proto-board o hardware que realiza o monitoramento de pontos de tensões padronizados (de 0v a 5v) a partir sucesso obtido na simulação e no código (software), permitindo obter amostras da funcionalidade requerida pelo projeto. Após obter sucesso no funcionamento do mesmo em proto-board o mesmo foi construído em placas de circuito impresso desenvolvidas de forma caseira.
Como o projeto desenvolvido aceita qualquer valor de tensão nos padrões de instrumentação (0v a 5v), podemos converter qualquer valor neste intervalo para uma representação de grandeza física, facilitando a visualização por parte dos usuários.
O dispositivo possui diversas aplicações além do projeto, pelo fato de possuir 8 entradas analógicas o mesmo seria muito útil para medições de múltiplos pontos de tensão em um outro dispositivo. Para adequar o sinal como desejado, basta apenas conectar o sensor em uma das 8 entradas analógicas, o dispositivo detecta onde o novo sensor foi conectado e solicita os valores para adequação.
Figura 10 - Fonte chaveada de alimentação Figura 11 - Protótipo funcionando com a Fonte chaveada de alimentação
7. CONCLUSÕES FINAIS
Com o estudo realizado podemos notar que devemos ajustar a fonte de alimentação para que não haja oscilações, tornando aplicações utilizando microcontroladores se tornam mais simples e baratas. Contudo, é necessária a utilização de uma linguagem de programação para utilização do mesmo.
Como subproduto do projeto foi desenvolvido um método alternativo para confecção de placas de circuito impresso, que agrega bons resultados e baixo custo com a disponibilidade fácil dos materiais utilizados.
8. FONTES CONSULTADAS
[1] Disponível: <http://www.mzeditora.com.br/artigos/embut.htm> Acesso em: 12 set. 2013.
[2] Braga, Newton C. , 2013 Disponível:
<http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/microcontroladores/141-microchip-pic/1243-mic001> Acesso em: 12 set. 2013.
[3] Disponível: <www.futurlec.com> Acesso em: 12 set. 2013.
[4] Disponível: <http://filipeflop.wordpress.com/2012/05/22/funcionamento-de-um-teclado-matricial-membrana-4x4/> Acesso em: 10 mar. 2014.
[5] <http://www.fespabrasil.com.br/pt/segmentos/serigrafia> Acesso em: 10/05/2014
Figura 12 - Display LCD ilustrando a tensão captada pela entrada 3,3V da fonte
