Referências Bibliográficas

[1] PEREIRA, F. Microcontroladores PIC: Programação em C. São Paulo: Editora, 4ª Ed, 2002.

[2] TAUB, H.; Circuitos Digitais e Microprocessadores. São Paulo: Mc- Graw Hill, 1984.

[3] SOUZA, D. J. Desbravando o PIC. São Paulo: Editora Érica: 5ª Ed, 2000.

[4] Mendonça, L.G.D., Ibrahim, R.C. Microsensor for the Measurement of Concentration of Liquid Solutions. ECS Transactions, Vol. 4, The Electrochemical Society, USA, pp. 149-158, 2006.

[5] Santos, E. J. Determination of ethanol content in gasoline: theory and experiment. Proceedings SBMO/IEEE MTT-S IMOC, pp. 349-353. 2003.

[6] Award Winning Ethanol Content Analyzer (2013). http://www.zeitronix.com/Products/ECA/ECA.shtml (acesso em 23 de out.2014)

 

[7] Flex Fuel Sensor Explained (2013). http://www.haltech.com/flex-fuel-sensor-explained/ (acesso em 23 de out.2014)

Conclusão

Com este trabalho, foi possível entender o funcionamento de um Etanômetro, desde a funcionalidade de um etano-sensor até a construção de um etano-visor.

Foi possível também ter a oportunidade de trabalhar com o software de simulação de circuitos (Proteus), bem como com as ferramentas de programação/compilação para o PIC (CCS).

Identificou-se que o Etano-Sensor utilizado possui um erro de calibração. Nada foi feito para corrigir este erro frente ao fato de que o sensor é selado.

Conclui-se que a montagem de um Etano-Visor é viável, visto que o protótipo montado foi capaz de medir um sinal PWM variando em frequência e em largura de banda.

Apresentação do Projeto na Semana da Engenharia USF 2014

E finalmente chega o grande dia!! 

Hoje o sistema completo foi montado para a apresentação na Semana da Engenharia USF 2014. Utilizamos gasolina comercial para demonstrar o funcionamento do sensor e para provar que a medição de porcentagem de etanol estava correta, foi feita uma medição do teor de etanol utilizando uma proveta. 

Graças a Deus tudo ocorreu conforme o planejado :) Abaixo a foto do grupo na hora da apresentação: 

                          Foto do grupo no dia da apresentação: Raphael, Árthur, Kelly e Robson.

Teste Hardware - Medições em Laboratório

Para verificar a eficácia do projeto, utilizou-se um gerador de funções para simular o sinal proveniente do Etano-Sensor. As imagens das figuras abaixo mostram a montagem dos equipamentos para realizar o teste.

                                    Figura 12 – Testes em laboratório do Etano-Visor

O vídeo abaixo evidencia o teste mencionado acima.

Teste Hardware – Medições com o Etano-Sensor

           

Por fim, utiliza-se um Etano-Sensor com um combustível conhecido (gasolina comercial) em seu interior.

Figura 13/14 – Testes finais em laboratório

Espera-se um sinal PWM de 75 Hz (25% de etanol) com largura de banda de 50% (temperatura ambiente ~ 25 °C). A figura abaixo ilustra o resultado.

Figura 15 –Etano-Visor medindo gasolina comercial (sinal do Etano-Sensor)

                Entretanto, tabto o teor de etanol quanto a temperatura medida apresentam valores incorretos. Isto porque o Etano-Sensor utilizado apresenta um erro de calibração. Com o auxílio de um osciloscópio, é possível analisar o sinal PWM emitido pelo Etano-Sensor.

Figura 16 – Sinal PWM emitido pelo Etano-Sensor ao medir gasolina comercial

                Comparando o sinal com as curvas das figuras 3 e 4, percebe-se que tanto a frequência quanto a largura da banda estão incorretas. Mas como o sensor é selado, não é possível fazer nenhuma alteração.

                Apesar do sistema completo não funcionar da forma esperada, nota-se que o Etano-Visor, objeto deste trabalho, funciona perfeitamente, interpretando o sinal PWM de acordo com a curva característica de um Etano-Sensor.

Hardware físico

Hardware físico

                Em seguida, é possível construir o hardware projetado, bem como gravar o software no PIC. Para isso, utilizou-se um protoboard para montagem do protótipo inicial, e um kit de desenvolvimento com PIC para emular o software e gerar um sinal PWM.

Figura 09 – Montagem do protótipo

                Infelizmente o resultado obtido não foi o esperado. Ocorreram alguns problemas quanto a rotina de seleção (alternar entre a função Etanomômetro e a função projeto). Desta forma, um novo software foi gerado, conforme mostrado abaixo.

Figura 10 – Novo código do Etano-Visor

                Novos testes foram feitos, e os erros foram eliminados. Entretanto não foi possível implementar no software o botão de seleção de função. Mas mesmo assim  ele foi montado fisicamente, tendo em mente melhorias futuras.

                A figura abaixo ilustra o hardware físico pronto.

Figura 11 – Hardware definitivo

                No hardware, foram montados:

                - todos os componentes ilustrados na figura 5 (hardware virtual);

- os plugs GND, VCC, PGC, PGD e RESET para facilitar a programação do PIC;

- os plugs GND e VCC para alimentação do circuito;

- o plug PWM para entrada do sinal do Etano-Sensor;

- os leds ON, ERRO e RESET para evidenciar o funcionamento do Etano-Visor;

Simulação no Proteus

O video abaixo mostra a simulação do Etano-Visor no Proteus, quando diversos sinais PWM são aplicados.

Simulação Proteus

Em seguida, com o auxílio de um gerador de funções, é possível simular o sinal de um etano-sensor. Por exemplo: supondo um combustível com 50% de etanol a uma temperatura de 27°C. Isto significa que, ao passar pelo Etano-Sensor, um sinal PWM de 101 Hz com largura de banda de 50% será gerado.

Medindo este sinal com o auxílio de um osciloscópio, obtém-se a figura abaixo.

Figura 06 – Sinal PWM de 101 Hz com largura de banda de 50%

Ao aplicar este sinal no PIC, obtem-se os valores desejados no display, conforme a figura abaixo.

Figura 07 –Medição de um sinal PWM pelo Etano-Visor

Software

                Tendo em mente a necessidade de habilitar as entradas de leitura do PIC para converter o sinal PWM em valores de porcentual de etanol e temperatura, pode-se elaborar o seguinte sofwtare, construído no compilador CCS:

Inicio do Projeto – Mãos à obra

            Primeiramente deve-se identificar quais componentes serão utilizados para conseguir montar um Etano-Visor. Para isso, é possível utilizar um software de simulação de circuitos, o Proteus.

Hardware virtual

                Partindo do principio da necessidade de um hardware capaz de medir um sinal analógio, interpretá-lo e torná-lo visivel em variaveis de porcentagem de etanol e temperatura, é possível montar o seguinte projeto no Proteus:

Figura 05  – montagem do Etano-Sensor no Proteus

A construção é bem simples, de forma a utilizar os pinos 16 e 17 do PIC para entrada do sinal PWM, os pinos 19-21 e 27-30 para conexão com o display, os pinos 13 e 14 para conexão com o cristal, o pino 1 para conexão do MastaerClear e o pino 33 para conexão do pino de reset.

                Desta forma, os componentes necessários para montagem do hardware são:

·  01 placa de circuito impresso;

·  01 PIC PIC16F877A;

·  01 Display LCD LM016L;

·  03 resistores 10kΩ;

·  01 botão/chave de seleção;

·  01 botão/chave de reset;

·  01 cristal de 4,0 GHz;

·  02 capacitores de 10pF;

Etano-Sensor

Existem alguns fabricantes de Etanômetro no mercado, mas um dos pioneiros neste segmento foi o Flexible Fuel Sensor (FFS - Siemens), o qual mede o teor de etanol através de um princípio de variação de capacitância.
A permeabilidade relativa da gasolina e do etanol é diferente, devido a diferença da dipolaridade molecular (causada principalmente pela diferença de teor de oxigênio). Etanol e gasolina também mostram condutividades diferentes. Desta forma, o teor relativo  etanol em um combustível é uma função bem definida da sua permeabilidade relativa e da sua condutividade.
Partindo deste princípio, é possível montar uma célula de medição com dois pares de eletrodos e um termistor, de formar que este fará a medição da temperatura do combustível enquanto àquele fará a medição da permeabilidade relativa e da condutividade (isto é, haverá uma variação de capacitância medida por um circuito interno ao equipamento).
Então, um circuito eletrônico é encarregado de tratar o sinal, transformando a variação de capacitância e de resistência em um sinal PWM, com amplitude de 5,0 V.

Figura 02 – Construção interna de um Etano-Sensor FFS

A frequência do sinal emitido pelo sensor é proporcinal a porcentagem de etanol, conforme mostra a figura abaixo.

Figura 03 – Curva Saída em frequência (Hz) x Porcetagem de Etanol (%)

A largura da banca do sinal emitido pelo sensor é proporcional a tempertura do combustível, conforme mostra a figura abaixo.

Figura 04 – Curva Largura da banda (%) x Temperatura do Combustível (°C)

Etano-Visor

Conhecendo o Etano-sensor e a saída que este disponibiliza, pode-se então projetar um equipamento capaz de receber um sinal de PWM, interpretá-lo conforme as curvas mostradas e disponibilizar este sinal de forma visual em um display.

Para isso, utiliza-se basicamente um PIC16F877A e um display LCD.

Etanômetro

O Etanômetro é um equipamento que mede o teor de álcool no combustível de um automóvel. Este equipamento normalmente é instalado antes da galeria de combustível, de forma a monitorar o teor de etanol do combustível utilizado no veículo em questão.

Figura 01 – posicionamento do Etanômetro em um veículo

Pode-se dividir o etanômetro em dois tipos: o Etano-Sensor e o Etano-Visor.
Nos próximos Posts falaremos com detalhes de cada tipo, até lá ...

Introdução

A tecnologia Flex Fuel está presente na grande maioria dos veículos produzidos no Brasil atualmente. Graças a essa tecnonologia, motores de combustão interna do tipo Ciclo Otto podem funcionar tanto com a queima do etanol quanto da gasolina, ou ainda com um percentual de mistura entre estes dois combustíveis. De forma simplória, pode-se dizer que o sistema é capaz de identificar, através dos sensores instalados no motor, qual o combustível está sendo utilizado, para então controlar a porcentagem correta de ar+combustível que deve ser injetada na câmara de combustão.
Apesar do sistema reconhecer qual a concetração de etanol na gasolina para atuar de maniera correta, esta informação não é mostrada para o condutor do veículo. Para isso, existem os sensores de etanol, ou Etanômetros (Etano-Sensor + Etano-Visor). Estes sensores, que não são utilizados nos veículos atualmente, são capazes de identificar o porcentual de etanol no combustível utilizado e a sua temperatura, mostrando estes dados em um display.
Este trabalho tem como objetivo projetar um visor (Etano-Sensor) capaz de receber um sinal proveniente do Etano-Sensor, interpretá-lo e apresentá-lo em um display, informando o percentual de etanol no combustível e sua temperatura.

Abstract

The Flex Fuel technology is present in most vehicles produced in Brazil today. Thanks to this technology, internal combustion type Otto cycle engines can run on either the burning of ethanol as gasoline, or a percentage of mixing between these two fuels. Of simple-minded way, we can say that the system is able to identify through the sensors installed on the engine what fuel is being used to then control the correct percentage of air + fuel that should be injected into the combustion chamber.
Although the system recognizes which averaged concentration of ethanol in gasoline to work correctly this information is not shown to the driver of the vehicle. For this there are ethanol sensors, or Ethanolmeter (Ethanosensor + Ethanodisplay). These sensors, which are not currently used in vehicles, are able to identify the percentage of ethanol in the fuel and its temperature, showing these values ​​on a display.
This paper aims to design a display (Ethanodisplay) able to receive a signal from the Ethanosensor, interpret it and present it in a display informing the percentage of ethanol in the fuel and its temperature.

Início - Projeto Etanômetro

Pois é já estamos no meio do semestre e vocês devem estar se perguntando, dessa vez não teremos mais projeto interdisciplinar? A resposta é SIM, tivemos um contratempo mas já voltamos a todo vapor ;) 

Antes de começar a falar do nosso projeto, é necessário informar uma mudança em nosso grupo, o Fábio ingressou em um intercambio no Canada, por este motivo o Robson Gama foi incorporado em nosso grupo.

  Foto do grupo: Robson, Raphael, Kelly e Árthur  

Dessa vez o tema do projeto é Controladores, assim decidimos usar o PIC (PIC16F877A) pois é um controlador muito utilizado, fácil de encontrar e de programar ;)

Nosso projeto será um Etanômetro (sensor de etanol) logo faremos novas postagens detalhando nosso projeto ;) até mais...