Projetos Sem Fronteiras - Este blog tem como objetivo, mostrar o desenvolvimento dos projetos dos Alunos: Árthur, Kelly, Raphael e Robson de Engenharia Elétrica da Universidade São Francisco.
quarta-feira, 29 de outubro de 2014
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.
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.
segunda-feira, 27 de outubro de 2014
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.
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.
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;
O video abaixo mostra a simulação do Etano-Visor no Proteus, quando diversos sinais PWM são aplicados.
segunda-feira, 20 de outubro de 2014
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:
domingo, 19 de outubro de 2014
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;
sábado, 18 de outubro de 2014
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...
Para finalizarmos o projeto, vamos mostrar a seguir a seguintes alterações e a conclusão do projeto no dia da apresentação.
O circuito original havia sido projetado para se trabalhar com um range de 88 a 108 MHz, no entanto com esta configuração do circuito estava muito instável , o que nos levou a colocar um capacitor de valor fixo.
Mantendo a frequência de transmissão fixa em 100MHz .
A oscilação da alimentação também foi um fator que descasava o circuito, fato o qual nos levou a trocar a bateria por uma fonte fixada em 9V.
Outro fato que nos levou a fazer uma alteração foi com relação de interferência de sinais externos, nos levando a realizar a blindagem do circuito com papel alumino. Sanando assim o problema de interferência externa.
O projeto elaborado visa montar um transmissor de sinais utilizando frequências FM (freqüência modulada). Para seu funcionamento, o transmissor é dependente de um receptor frequencial, seja este de qualquer origem. Ele irá transmitir áudio através de ondas eletromagnéticas na faixa do FM (87,5 MHz a 108 MHz), realizando a construção do transmissor, esperamos observar seu alcance e como alguns de seus componentes podem influenciar na transmissão.
Também podemos comprovar que é possível fazer um transmissor caseiro com baixo custo e de grande eficiência.
Abstract :
The project aims to build a signal transmitter frequencies using FM (frequency modulation). For its operation, the transmitter is dependent on a frequential receiver, be it from any source. It will stream audio over the air waves in the range of FM (87.5 MHz
to 108 MHz), making the construction of the transmitter, we expect to see its reach and how some of its components may influence the transmission.
We can also prove that it is possible to make a homemade transmitter with low cost and high efficiency.
Caros é um prazer dividir com os senhores, o fruto de nossa ideia projetada no software do ALTIUM.
Trata-se de um transmissor FM de curta distância, com alcance médio entre 80 e 100 metros de alcance quando alimentado com 6Vcc , ou a metade deste alcance se alimentado com 3Vcc.
Na figura a baixo segue o diagrama completo deste transmissor que nada mais é do q um oscilador para faixa de 88 a 108 MHz.
Este circuito pode ser montado em uma placa de circuito impresso, numa ponte de terminais ou até mesmo em um PRONT-BOARD, sendo q a melhor das 3 formas de montagem é a 1ª, o que foi o motivador maior para nossa montagem no Altium. Por não termos a licença completa este programa não contém o recurso de simulação do circuito, o qual faremos simular no P-spice , Proteus ou Multisim .
No entanto o elevado custo de confecção de uma placa destas, talvez nos obrigue a monta-la de outra forma.
Figura 1: Esquemático completo desenhado no Altium.
Figura 2 : Placa de circuito impresso vista TOP
Figura 3 : Placa de circuito impresso vista BOT
Segue a lista de componentes que serão utilizados no projeto:
LISTA DE MATERIAL
Q1 – BF494 ou BF495 – Transistor NPN de RF L – A bobina L1 é formada por 3 ou 4 voltas de fio rígido comum( 1mm² à 1,5mm² ) com diâmetro de 1 cm sem núcleo. CV – Trimmer 2-20 ou 3-30 pF MIC – Microfone de eletreto B1 – 3 ou 6V S1 – Interruptor simples R1 – resistor 8k2 R2 – resistor 6k8 R3 – resistor 47 Ohms R4 – resistor 1k C1 – Capacitor cerâmico 47 nF ( 473 ou 0,047 ) C2 – Capacitor Cerâmico 4n7 ( 472 ou 4770 pF ) C3 – Capacitor Cerâmico 22nF ( 223 ou 0,022 ) C4 – Capacitor Cerâmico 4n7
Enquanto o projeto está sendo pensado e melhor dimensionado para as postagens futuras, que tal um pouco de curiosidades.
Frequência é uma grandeza física associada a movimentos de característica ondulatória que indica o número de execuções (ciclos, oscilações) por unidade de tempo. O tempo necessário para executar uma oscilação o Período. A distância percorrida pela onda durante o período Comprimento de Onda
F=1/T
F(Hz): Frequência em Hertz; T(s): Tempo em Segundo.
Uma revolução ou execução por segundo corresponde assim a 1 Hertz.
λ: Comprimento de Onda; Υ: Amplitude de Onda.
O comprimento de onda λ tem uma relação inversa com a frequência f, a velocidade de repetição de qualquer fenómeno periódico. O comprimento de onda é igual à velocidade da onda dividida pela frequência da onda. Quando se lida com radiação electromagnética no vácuo, essa velocidade é igual à velocidade da luz 'c', para sinais (ondas) no ar,essa velocidade é a velocidade a que a onda viaja. Esta relação é dada por:
onde:
λ: comprimento de onda, de uma onda sonora ou onda electromagnética c: velocidade da luz no váculo = 299.792,458 km/s ~ 300.000 km/s = 300.000.000 m/s c: velocidade do som no ar = 343 m/s a 20 °C (68°F); f: frequência da onda 1/s = Hz.
A velocidade de uma onda pode portanto ser calculada com a seguinte fórmula:
v = velocidade da onda. λ = comprimento de uma onda sonora ou onda electromagnética. T é o período da onda.
O inverso do período, 1/T, é chamado de frequência da onda, ou frequência de onda:
F=1/T Mede o número de ciclos (repetições) por segundo executados pela onda. É medida em Hertz (ciclos/segundo).
Para caracterizar uma onda, portanto, é necessário conhecer apenas duas quantidades, a velocidade e o comprimento de onda ou a frequência e a velocidade, já que a terceira quantidade pode ser determinada da equação acima, que podemos reescrever como:
Quando ondas de luz (e outras ondas electromagnéticas) entram num dado meio, o seu comprimento de onda é reduzido por um factor igual ao índice de refracção n do meio, mas a frequência permanece inalterada. O comprimento de onda no meio, λ é dado por:
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