Controle e monitoramento da fonte de alta-tensão: proposta, desenvolvimento e estágio atual.

Paulo Farias1,2, Victor Ferraz2, Breno Ramos2, Linton Esteves2, Germano Guedes1

1Laboratório de Energia Solar/UEFS 2Engenharia de Computação/UEFS

Roteiro

n Proposta do sistema

n Desenvolvimento

n Interface de comunicação (CAN Bus)

n Próximas etapas

n Comentários finais

Proposta do sistema

n Desenvolver o protótipo de um sistema para monitoramento e controle de fontes de alta-tensão

n Baseado em microcontroladores PIC

n Protocolo CAN

¨ PIC 18F2680

¨ Compatibilidade com o grupo responsável pela DAQ

Proposta do sistema

Hardware de controle do PMT Fonte: Apresentação “Integração da eletrônica de front-end”

Iuri Pepe dezembro/2007

Desenvolvimento

n Laboratório de Energia Solar (Labensol)

n Desenvolvimento de sistemas embarcados

¨8051, PIC, Atmega8, ARM, dsPIC

n Sistema genérico, escalável (“framework”)

Desenvolvimento

n Projeto do hardware: esquemático padrão e componentes de uso comum.

n Firmware

¨Aquisição de dados

¨Controle de variáveis externas

¨Armazenamento local

¨Canais de comunicação

Sistema desenvolvido

n Sistema genérico de aquisição de dados

¨Foi desenvolvido uma solução para vários problemas enfrentados no laboratório

n Composto por:

¨Microcontrolador com ADC (conversor analógico-digital)

¨Memória externa

¨DAC (conversor digital-analógico) serial ou PWM

Microcontroladores

n Foram utilizados 2 microcontroladores:

¨PIC16F877A

¨PIC18F4550

n Ambos possuem 40 pinos e 1 ADC com vários canais

n O PIC18F4550 possui um módulo USB para comunicação

Microcontroladores

n PIC16F877A¨ CPU RISC (35 instruções)

¨ Clock de até 20 MHz¨ 8KWord de memória Flash¨ 368 Bytes de RAM¨ 256 Bytes de EEPROM¨ 2 Comparadores e geradores PWM¨ 1 USART (comunicação serial)¨ 33 pinos de entrada e saída digital¨ SPI (Serial Peripheral Interface) e I2C(Inter-Integrated Circuit)

¨ ADC:n Possui 8 canais de aquisição

n Resolução máxima de 10 bits

n Tempo mínimo de aquisição de 19.72 µs

Microcontroladores

n PIC18F4550¨ CPU RISC (set de instruções estendida)¨ Clock de até 48 MHz¨ 32KBytes de memória Flash¨ 2048 Bytes de RAM¨ 256 Bytes de EEPROM¨ 2 Comparadores e 1 gerador PWM¨ 1 USART (comunicação serial)¨ 35 pinos de entrada e saída¨ SPI e I2C¨ 1 Timer de 8 bits e 3 Timers de 16 bits¨ Módulo USB

¨ ADC:n Possui 13 canais de aquisição

n Resolução máxima de 10 bits

n Tempo mínimo de aquisição de 6.4 µs

Memória externa

n Para armazenamento de muitos dados, a memória do microcontrolador é insuficiente.

n Há, então, a necessidade de uma memória externa

n Foi utilizada a Microchip 24FC512¨ Características:

n Clock de 1 MHzn Interface I2C compatíveln Pode ser ligada em cascata (máximo 8)n Retenção de dados de 200 anosn Capacidade de armazenamento de 512 Kbit (64K x 8)

DAC

n Pode ser realizado por várias formas:¨ Através de um gerador PWM

¨ DAC Serialn MAX515

¨ Referencia interna de 2.048V¨ Faixa de saída flexível (Vss à Vdd)¨ 8 pinos¨ Interface SPI

Comunicação

n O sistema desenvolvido possui comunicação serial, ou USB, no caso do PIC18F4550

n Em uma aplicação no laboratório, um programa “supervisório” executado no PC adquiriu dados através da USB, simulando uma porta serial.

n O desenvolvimento da comunicação USB com HID (Human Interface Device) está em curso e écompletamente viável.

n Também foi desenvolvida a comunicação por radiofreqüência, utilizando o transceptor LaipacTechTRF-2.4G

Firmware

n O núcleo básico do sistema genérico de aquisições de dados é baseado em uma “máquina de estados”

n O sistema permanece em um estado até que um evento ocorra e o faça alterar seu estado atual

Aquisição de dados

Requisição remota

Ocioso

Término do horáriode aquisição

Início do horáriode aquisição

Requisiçãoatendida

Requisiçãoatendida

Eventoremoto

Eventoremoto

Protótipo

Protótipo

Aquisições e teste do sistema

n Foi realizado um teste de comparação entre os dados adquiridos com o sistema desenvolvido e um outro sistema já existente no laboratório (SecondWind Nomad2)

n Foram adquiridos dados de radiação solar, utilizando um radiômetro calibrado Kipp&Zonen CMP21

n O sistema Nomad2 adquiriu 1 amostra a cada 1 minuto, enquanto o sistema desenvolvido adquiriu 2 amostras a cada minuto.

Aquisições

Unidade remota SecondWind Nomad2®

Interface de comunicação (CAN Bus)

n Compatibilidade com o grupo DAQ

¨ PIC 18F2680

¨MPLAB (IDE) + C18 (compilador C)

¨ Altium (esquemático e layout)

n Teste do protótipo

¨Conversor CAN/USB (Kvaser Leaf Light)

Interface de comunicação (CAN Bus)

n Artifício para executar os testes de comunicação (Breno Ramos)

Próximas etapas

n Migração do código atual (compilador CCS) para o PIC 18F2680 (MPLAB/C18)

n Teste da comunicação CAN

n Ensaios com a fonte de alta-tensão

¨ Definição do sinal de ajuste do set-point

¨ Circuitos de amostragem para a realimentação da corrente e tensão de saída.

Comentários finais

n Captação de recursos (FAPESB, CNPq, RENAFAE)

¨ Instrumentação nuclea r

¨Material de consumo

n Recursos humanos

¨ Estudantes de Engenharia de Computação e Física