ETEC GETÚLIO VARGAS

MANUAL TÉCNICO DO COMPUTADOR DE BORDO

ALEXANDRE MANETTA FILHO

INÁCIO ODO

MATEUS FERREIRA DIAS

PEDRO AUGUSTO LIRA

BOMBONATI MARQUES

ROSANA HARUMI GOYA

TERESA ODO

SÃO PAULO

2015

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Sumário

1. Introdução ............................................................................................................ 3

2. Funcionamento do dispositivo .............................................................................. 3

2.1 Hardware ........................................................................................................... 3

2.2 Software ............................................................................................................. 4

3. Apêndice .............................................................................................................. 4

3.1 Esquemas Gerais dos circuitos ......................................................................... 4

3.1.1 Circuito do odômetro ................................................................................... 4

3.1.2 Circuito do sensor de nível de combustível ................................................. 5

3.1.3 Circuito final ................................................................................................ 6

3.2 Processamento e exibição ................................................................................. 6

3.3 Tabelas e especificações ................................................................................... 8

3.3.1 Regulador de tensão ................................................................................... 8

3.3.2 Potenciômetro ............................................................................................. 8

3.3.3 Fototransistor .............................................................................................. 9

3.3.4 LED branco de alto brilho .......................................................................... 10

3.3.5 Programação ............................................................................................. 10

3.3.6 Códigos de Programação .......................................................................... 11

3.3.7Cálculos efetuados pelo microcontrolador: ................................................ 24

4. Conclusão .......................................................................................................... 26

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1. Introdução

Os veículos produzidos atualmente saem de fábrica com computadores de

bordo que permitem o usuário a ter uma maior interação com seu automóvel. Porém,

o computador de bordo de fábrica existe apenas nos carros mais recentes, e suas

funções e sua interface com o usuário variam em muitos aspectos dependendo de

quem os fabricou. Desse modo, muitos carros não possuem um computador de bordo.

Com dois sensores este sistema faz a medição do nível da gasolina e mede os

quilômetros que o automóvel rodou durante uma viagem. Com esses dados, o sistema

calcula, no fim da viagem, o desempenho e o apresenta no display LCD junto com o

combustível restante e a distância percorrida.

O computador de bordo serve para auxiliar o motorista apresentando

informações diferentes do usual, de modo que o usuário possa fazer uma análise do

desempenho do carro e perceber se tem falhas quando o carro apresentar um

comportamento anormal.

2. Funcionamento do dispositivo

Este projeto é um protótipo de um computador de bordo que pode ser instalado

em um carro popular de funcionamento mais simples e que não possui computador

de bordo vindo de fábrica.

Para efeitos de demonstração de seu funcionamento foi adotado um carro fictício com

um tanque de 50 litros de capacidade e roda de 60cm de circunferência.

2.1 Hardware

O projeto é composto por um conta-giros que serve de odômetro; um sensor

medidor de combustível de funcionamento semelhante a um medidor comum de

combustível dos carros; um display LCD para apresentar as informações ao usuário.

Esses três periféricos estão ligados ao micro controlador PIC 18F4520.

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Diagrama em blocos do computador de bordo.

2.2 Software

O computador de bordo apresentará ao usuário, no fim da viagem, o

desempenho do carro em Km/L; a quantidade de combustível restante em centilitros

(cL); a distância percorrida em Km e a autonomia restante, também em Km, a partir

de um botão “iniciar” e “finalizar”.

Ao apertar o botão “Iniciar”, o software primeiramente irá zerar as contagens,

registrar o nível de combustível do início da viagem e iniciará a contagem dos pulsos.

Quando o botão “finalizar” for ativado, o microcontrolador irá parar as leituras dos

sensores e registrar o nível atual de combustível. Após isso, fará os cálculos e os

apresentará no display LCD.

3. Apêndice

3.1 Esquemas Gerais dos circuitos

3.1.1 Circuito do odômetro

O circuito do odômetro é um circuito que conta os giros da roda e envia para o

microcontrolador que mede o total de quilômetros que o carro percorreu. O circuito de

conta giros funciona com um fototransístor excitado por um LED aceso. O LED é

cortado pela roda com um único furo. Assim toda vez que a luz passa pela roda um

pulso de tensão que corresponde a uma volta da roda.

PIC18F4520

LCD e Teclado

Odômetro

Sensor de Nível -

Gasolina

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O circuito é composto por um LED branco de alto brilho, um fototransístor

TIL78, um resistor de 100 ohms e um trimpot ajustado de 220Kohms e alimentado

com 5V da saída do circuito regulador de tensão.

O circuito é formado por um LED que em conjunto com um resistor para limitar

a corrente que, atuando junto com um fototransístor, servem para contar os giros da

roda para medir a rotação da roda do carro, permitindo calcular a distância que o

automóvel percorreu. Cada vez que a roda corta a luz é gerado um pulso que é

contado pelo microprocessador, e o ele calcula a distância percorrida pelo carro.

3.1.2 Circuito do sensor de nível de combustível

Todos os carros tem um sensor medidor de nível de combustível no tanque. Na

maioria dos carros existe uma boia no tanque acoplada a um potenciômetro, no qual

há uma queda de tensão que varia à medida que o nível de gasolina varia, indicado

pela boia. O circuito é composto por um potenciômetro de 10K e um circuito integrado

regulador de tensão 7805. Este circuito integrado regula a tensão de saída para 5V.

Os dois sensores são alimentados com 6V de quatro pilhas, o regulador de

tensão 7805 alimenta os dois sensores.

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3.1.3 Circuito final

O circuito final é a integração dos dois circuitos em uma placa com os sensores

conectados por fios: o potenciômetro, sensor do nível de combustível; e o LED com o

fototransistor, odômetro.

Circuito impresso:

3.2 Processamento e exibição

O processamento dos dados do computador de bordo é feito pelo

microcontrolador PIC18F4520 responsável pela exibição dos dados recebidos.

A exibição dos dados é feita pelo display LCD (2x16) que é controlado pelo PIC. O

microcontrolador, o display LCD e o teclado estão no kit didático Microsad,

desenvolvido pelo professor Dimas Ramalho.

O Kit é formado por três partes todas elas podem ser interligadas com cabos

flat. A parte principal (MS191V1) contém o PIC com um conector para fonte externa,

módulo para descarregar o programa. A outra parte possui um display LCD com um

teclado (MS189V1). A última parte é formada por LEDs e botões (MS190V1). Este

protótipo usa a parte principal (MS191V1) e a parte com o LCD (MS189V1).

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MS191V1

MS189V1

8

MS190V1

3.3 Tabelas e especificações

3.3.1 Regulador de tensão

7805 - Características

Valores Mínimo Típico Máximo

Tensão de saída 4,8 5,0 5,2 V

Potência de saída - 15 - W

Regulagem de linha - 3 50 mV

Regulagem de carga - 15 50 mV

Corrente quiescente - 4,2 6,0 mA

Rejeição de ripple 60 70 - dB

Resistência de saída - 17 - MOhms

3.3.2 Potenciômetro

Código: B10K

Tipo B-Linear

Potência: 1/8W

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3.3.3 Fototransistor

VALORES MÁXIMOS ABSOLUTOS (T=25oC)

VCEO (tensão coletor-emissor) 30 V

IC (corrente de coletor) 100 mA

PD (potência de dissipação) 100 mW

Top (temperatura de operação)

- 50 a +100

oC

ICEO (corrente de coletor no escuro) 300 nA

Ica (corrente de coletor iluminado) 3mA

DIMENSÕES FÍSICAS (em mm)

Valores medidos no circuito (Odômetro)

Tensão de alimentação 6V

Corrente total 30mA

Tensão do LED 3V

Tensão no fototransistor (Com luz) 0V

Tensão no fototransistor (Sem luz) 5V

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3.3.4 LED branco de alto brilho

Intensidade Luminosa 20.500 MCD

Tensão de Polarização Direta (VF) 2,8V (min) a 4,0V (Máx)

Máxima Corrente direta 25mA

Máxima Corrente de Pulsada 100mA

Temperatura de operação -40 a +80 Graus C

Angulo de emissão luminosa 15 Graus

Potência 100mW

3.3.5 Programação

Para executar a programação, foram utilizadas as bibliotecas “Display.c”,

“Tipos.h”, “Prot.h” e “Geral.h” do Kit Microsad, elaborado pelo professor Dimas

Ramalho. Além disso, foi criada a biblioteca “Interrupt.c” para fazer a varredura do

teclado utilizado no projeto.

3.3.5.1 Conversor Analógico Digital

Consiste em converter o sinal analógico fornecido em Volts (numa escala de 0

a 5V) para um sinal digital correspondente em binário (numa escala de 0 a 1023).

No circuito utilizado para medir a quantidade de combustível do tanque de

gasolina, a tensão do potenciômetro foi aplicada no pino RA1 do PIC18F4520, que foi

programado para ler na variação de 10 bits, e converter para o valor correspondente

em centilitros da gasolina do tanque, que possui capacidade máxima de 5000cL.

Para a conversão do valor medido de analógico para digital, foi habilitada e

configurada a entrada analógica AN1 do PIC 18F4520 (pino RA1).

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3.3.5.2 Contador

Consiste em contar os pulsos fornecidos em binário (0=0V e 1=5V) pelo circuito

do odômetro.

Nesse odômetro, foi utilizado um fototransistor (receptor) e um led de alto brilho

branco (emissor). Toda vez que o aro da roda passar pelo fototransistor e o led e

cortar o feixe de luz, o receptor receberá um pulso e o enviará para o pino RA4 (T0KI)

do PIC18F4520, que foi programado para contá-los através da borda de descida.

Esse pino (RA4) foi configurado como um timer. Nesse caso, foi usado o Timer

0 do PIC18F4520 que foi programado para que seu pulso de clock seja acionado

externamente através dos pulsos enviados pelo odômetro.

3.3.5.3 Teclado e display LCD

Para o uso do teclado, foram utilizadas as bibliotecas “Display.c”, “Tipos.h”,

“Prot.h”, “Geral.h” e “Interrupt.c”. O teclado do kit terá duas teclas utilizadas: “Iniciar”

e ”Finalizar”, para começar e finalizar o processo do computador de bordo. Para que

as teclas acionadas sejam detectadas, foi feita uma programação para executar a

varredura do teclado através do clock do Timer 1, que foi configurado para ser

acionado por um clock interno do próprio PIC18F4520.

O display (16x2) foi configurado para exibir as informações em intervalos de 2

a 3 segundos em todo o programa, principalmente ao mostrar os resultados após a

tecla “Finalizar” ser pressionada. Isso pode ser futuramente alterado caso o usuário

prefira uma velocidade maior ou menor para a leitura.

3.3.6 Códigos de Programação

Os códigos de programação e as bibliotecas utilizadas seguem nas páginas

seguintes.

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3.3.7Cálculos efetuados pelo microcontrolador:

Distância Percorrida

Distância = nP x (Cr) / NPvc

Como Comprimento= Diâmetro x 3,1415, temos:

Distância= nP x (d x 3,1415) / NPvc

Onde:

nP=número de Pulsos;

Cr=Comprimento da roda;

d=diâmetro;

NPvc=Número de pulsos recebidos ao dar uma volta completa.

Combustível Restante

Onde: Cmáx = Capacidade máxima do tanque de combustível.

Desempenho

Dsmp = S / (Ci – Cr)

Onde:

Dsmp. = Desempenho

S= Distância

Ci= Combustível inicial

Cr= combustível restante

Autonomia Restante

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Autonomia restante = Dsmp x Cr

Onde:

Dsmp = Desempenho

Cr = combustível restante

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4. Conclusão

O computador de bordo permite o usuário ter uma economia do seu gasto de a

gasolina, podendo saber o desempenho do carro e, com isso, perceber se o carro tem

problemas ou falhas quando o usuário notar um comportamento fora do habitual,

devendo levar em consideração, que o gasto para a implantação do circuito não é

exageradamente caro, e os sensores não são muito sofisticados de modo que a leitura

e o processamento podem ser feitos através de um microcontrolador como o PIC

18F4520 do projeto.

Quando se utiliza o computador de bordo o usuário consegue perceber se está

realmente economizando quando está abastecendo o carro; ter uma ideia precisa da

quantidade de quilômetros rodados e do seu consumo de combustível.