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Neste documento, aprenda a construir uma placa de potência microcontrolada para controlar um motor dc e medir variáveis como tensão, corrente e potência. Utilizaremos o microcontrolador arduino, proteus para simulação e componentes como transformador, ponte h, regulador de tensão e lcd display. Saiba sobre formas de onda da fonte retificadora, siglas e componentes básicos como motor dc, microcontrolador, pic, ci regulador de tensão, resistor, capacitor, diodo, ponte h e display lcd.
O que você vai aprender
Tipologia: Notas de estudo
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Barra Mansa 2017
Ingrid Evelyn da Silva A. João Vitor de Souza Fonseca Victor Hugo Benedito
Barra Mansa 2017
Ingrid Evelyn da Silva A. João Vitor de Souza Fonseca Victor Hugo Benedito
Ambrósio Ingrid, Fonseca João,& Benedito Victor. Placa de Potência microcontrolada, Estado do Rio de Janeiro - Brasil, 2017. (Graduação em Engenharia de Controle e Automação. Centro Universitário de Barra Mansa , RJ.
Iremos montar uma placa de potência microcontrolada para controlar um motor dc d e vamos medir as variáveis tensão, corrente, e potência através de um microcontrolador, onde será exibido em um display LCD. O projeto deve ser limitado em 20 Volts e 1 Amper. Para este projeto utilizaremos um circuito com circuitos integrados reguladores de tensão, transformador, circuito integrado ponte h, e o microcontrolador Arduino que realizara toda a operação de controle. A nossa carga um motor DC de até 20 volts 1 amper. Para realização do circuito foi utilizado um software de simulação e projeção de circuitos, chamado Proteus.
Palavras chave: Motor DC, Fonte Reguladora, Microcontrolador, Proteus.
Abstract
Ambrósio Ingrid, Fonseca João,& Benedito Victor. Placa de Potência microcontrolada, State of Janeiro - Brasil, 2017. (Undergraduate Control and Automation Engineering. University Center of Barra Mansa, Barra Mansa, RJ.
We are going to built a PI microcontroller power board to control a dc motor and we are going to measure the voltage, current, and power variables through a microcontroller, where it will be displayed on an LCD display. The design should be limited to 20 Volts and 1 Amper. For this project we will use a circuit with integrated voltage regulator circuits, transformer, h bridge integrated circuit, and the Arduino microcontroller that will perform the entire control operation. Our load a DC motor up to 20 volts 1 Amper. Circuit simulation and projection software, called Proteus, was used to perform the circuit.
Key words: DC Motor, Regulatory Source, Microcontroller, Proteus.
Lista de Siglas
CI - Circuito Integrado
PWM - Pulse Width Modulation - Modulação por largura de Pulso
DC - Direct Current - Corrente Contínua
LED - Light Emitting Diode (Diodo Emissor de Luz)
PIC - Programmable Interface Controller (Controlador de Interface Programável)
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2 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 - CONTROLE EM MALHA ABERTA
Esta tipo de sistemas de controle, onde a saída não exerce qualquer ação no sinal de controle. Sendo assim, a saída do processo não é medida nem comparada com a saída de referência. A figura 1 é o diagrama de blocos de um sistema deste tipo.
Figura 1 - Diagrama de Blocos Sistema malha aberta - Fonte: ime.usp acessado em 2017
3 - MOTOR DC
Motores de corrente contínua que possuem ímã permanente são muito comuns em diferentes aplicações, onde são essenciais pequenas dimensões. Devido à sua velocidade relativamente elevada, eles são utilizados em conjunto com a transmissão.
Um motor DC é composto por um eixo acoplado ao rotor que é a parte girante do motor. O estator é composto por um ímã e o comutador tem a função de transferir a energia da fonte de alimentação ao rotor, abaixo na figura 2 um exemplo de motor DC.
Figura 2 - Motor DC - Fonte: roboticlab.eu acessado em 2017
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4 - MICROCONTROLADOR
O microcontrolador é um componente que permite ao usuário, inserir informações e transformar essas informações em controle de algum processo, onde você insere as informações, o microprocessador as transforma em nível lógico e da uma resposta no controle do circuito que foi inserido, de acordo com o programado.
4.1 - ARDUINO UNO
O Arduino Uno é o mais comum, este que apresenta uma vantagem imensa dos microcontroladores comuns PIC, pois nele já possuímos sua placa, e todos os componentes necessários para seu funcionamento incluindo um PIC Atmega328, e sua compilação é feita nesta mesma placa através de uma entrada USB.
Sua alimentação externa é feita através do conector Jack com positivo no centro, onde o valor de tensão da fonte externa deve estar entre os limites 6V. a 20V, porém se alimentada com uma tensão abaixo de 7V, a tensão de funcionamento da placa, que no Arduino Uno é 5V, pode ficar instável e quando alimentada com tensão acima de 12V, o regulador de tensão da placa pode sobreaquecer e danificar a placa. Dessa forma, é recomendado para tensões de fonte externa valores de 7V. a 12V, segue abaixo na figura 3 o Arduino.
Figura 3 - Arduino Uno - Fonte Arduino Store Acessado em 2017
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6 - RESISTOR
O resistor é um dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, ora com a finalidade de transformar energia elétrica em energia térmica por meio do efeito joule, ora com a finalidade de limitar a corrente elétrica em um circuito, abaixo na figura 6 em exemplo de resistor.
Figura 6 - Resistor - Fonte Mercado Livre Acessado em 2017
Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem de corrente elétrica. A essa oposição damos o nome de resistência elétrica ou impedância, que possui como unidade o OHM. Um resistor ideal é um componente com uma resistência elétrica que permanece constante independentemente da tensão ou corrente elétrica que circula pelo dispositivo.
Os resistores podem ser fixos ou variáveis.
Um resistor fixo é aquele que possui um único valor de resistência que permanece constante sob condições normais.
Um resistor variável é usado para variar ou mudar a quantidade de resistência de um circuito. Os resistores variáveis são chamados de potenciômetros ou reostatos.
Podemos ver como os resistores são representados na figura 7:
Figura 7 - Simbologia Resistor - Fonte Athos Eletronic Acessado em 2017
13 6.1 - Código de Cores
Para lermos o código do valor da resistência impresso no resistor devemos levar em consideração que:
A primeira faixa colorida representa o primeiro algarismo do valor da resistência. A segunda faixa colorida indica o segundo algarismo.
A terceira faixa representa a potência de dez pela qual devemos multiplicar os dois algarismos. A quarta faixa, que é opcional, indica imprecisão no valor da resistência. Prateado indica 10% de imprecisão, dourado indica 5% e a ausência desta faixa representa imprecisão de 20%.
Figura 8 - Tabela de Cores - Fonte Athos Eletronic Acessado em 2017
15 9- TRANSFORMADOR
Um transformador ou trafo é um dispositivo eletromagnético cuja finalidade é a de transmitir energia elétrica de um circuito para outro sem ligação direta, com um nível tensão desejado e sem alteração da frequência, na figura 11 podemos visualizar um exemplo de transformador.
O transformador é constituído por duas bobinas acopladas através de um núcleo magnético. Seu princípio de funcionamento baseia-se no fenômeno da indução eletromagnética, e em particular da indução eletromagnética mútua entre bobinas. A principal função de um transformador é elevar ou reduzir as amplitudes da tensão ou da corrente entre as bobinas do primário e do secundário.
Figura 11 – Transformador - Fonte Soluções Industriais acessado em 2017
É um dispositivo ou componente eletrônico composto por material semicondutor, podendo ser de silício ou germânio. É usado como retificador de corrente elétrica. Possui uma queda de tensão de, aproximadamente, 0, (germânio) e 0,7 (silício).
Possui cerca de 1 cm. Sua característica principal é permitir a passagem da corrente com mais facilidade para um lado do que para o outro. Tem como função primaria em circuitos retificadores de corrente, transformar corrente alternada em corrente continua pulsante.
16 Sua polarização pode ser diretamente ou reversamente, diretamente quando o anodo esta em contato com o lado positivo da fonte e o catodo com o negativo. E reversamente quando o oposto ocorre. A figura 12 um modelo de diodo de silício
Figura 12 – Diodo - Fonte Soluções Industriais acessado em 2017
11 - PONTE H
O L293D é uma ponte-H em um circuito integrado. Pode-se controlar motores de até 36V de alimentação. Cuidado, que o L293D aguenta corrente constante de 600mA e corrente pico em torno de 1.2A. Portanto nãocoloque motores DC que exijam mais do que 600mA.
Segue abaixo na figura 13 a tabela de comandos e funções do L293D
EN1 IN1 IN2 Função
H L H Gira pra Direita
H H L Gira pra Esquerda
H L L Motor Parado
H H H Motor Parado
L X X Motor Parado
Figura 13 – Tabela Ponte H - Fonte Eletronica em casaacessado em 2017
18 Supondo que conseguíssemos pressionar o botão e soltá-lo várias vezes durante um tempo determinado, sendo que o tempo que mantemos o botão pressionado for igual ao tempo que demoramos em pressionar novamente, manteríamos o motor ligado na metade do tempo total e o resultado seria uma onda tipo quadrática.
Figura 16 - Sinal Exemplificado PWM - Fonte Autoria Própria
No exemplo acima o tempo t1 corresponde ao tempo em que o interruptor fica pressionado e o tempo t2 ao momento em que não o mantemos pressionado. Metade do tempo o motor permanece ligado e a outra metade desligado então a tensão média no motor é de 50 %, ou seja, é de 6 Volts.
Figura 17 - Sinal Exemplificado PWM 2 - Fonte Autoria Própria
Porém não podemos usar um interruptor para executar a função de PWM porque não conseguiríamos pressiona-lo com a velocidade necessária e ter o tempo preciso, então para isso existem circuitos que executam essa função com um controle de precisão e velocidade.
Esse display LCD tem 16 colunas e 2 linhas, com backlight (luz de fundo) azul e letras na cor branca. Para conexão, são 16 pinos, dos quais usamos 12 para uma
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conexão básica, já incluindo as conexões de alimentação (pinos 1 e 2), backlight (pinos 15 e 16) e contraste (pino 3. Abaixo na figura 18 o modelo real do LCD.
Figura 18 - Sinal Display LCD - Fonte Filipe Flop Acessado em 2017
Proteus é um software, assim como eagle utilizado para criação de placas de circuito impresso, porém também é possível fazer simulações e testes da programação.
Para criação de circuitos utilizamos a ferramenta ISIS, e é no mesmo que podemos simular, e testar a programação carregando ela no PIC, abaixo na figura 19 se encontra o seu painel de trabalho.
A
Figura 19 - Isis – Fonte: Autoria Própria
