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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

INSTRUMENTAO ELETRNICAHigrmetro Digital

Alunos: Raphael Lima Moura Professor: Luciano Fontes Cavalcanti

2011.1

SUMRIO

1. 2. 3. 4.

LISTA DE FIGURAS.....................................................................................................03 INTRODUO............................................................................................................04 SENSOR.....................................................................................................................05 PROJETO...................................................................................................................07 4.1. MODULADOR PWM...........................................................................................08 4.2. CONVERSOR A/D...............................................................................................10 4.3. COMPARADOR...................................................................................................11 4.4. MEMRIA..........................................................................................................13 4.5. CIRCUITO MONTADO.........................................................................................18

5. 6.

CONCLUSO..............................................................................................................19 BIBLIOGRAFIA...........................................................................................................20

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LISTA DE FIGURASFigura 1 Curva do Sensor de Umidade Capacitivo Figura 2 Sensor HS 1101 Figura 3 Caractersticas Dimensionais do Sensor HS 1101 Figura 4 Diagrama de blocos do Higrmetro Digital Figura 5 Circuito Oscilador Figura 6 Multivibrador mono estvel Figura 7 Oscilador, multivibrador e filtro passa baixa simulado Figura 8 Circuito prtico: Oscilador, multivibrador e filtro passa baixa Figura 9 ADC 0804 Figura 10 Montagem do Conversor A/D Figura 11 Implementao de um latch para armazenar o dado anterior Figura 12 Comparador com o latch e parte do conversor Figura 13 Circuito que representa a mudana de umidade. Umidade subindo Figura 14 Circuito que representa a mudana de umidade. Umidade descendo Figura 15 Memria EPROM Figura 16 - Circuito Prtico: Memria EPROM Figura 17 Esquema da ultima parte do circuito Figura 18 Circuito Prtico: Displays sete segmentos Figura 19 Esquema mostrando os sinais de controle e da portadora. Figura 20 Circuito Prtico: Esquema Mostrando os fios dos sinais de controle e da portadora Figura 21 Circuito completo do Higrmetro Digital Figura 22 Circuito Prtico: Higrmetro Digital na protoboard

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INTRODUOA umidade a quantidade de vapor de gua na atmosfera. A umidade relativa (UR) a relao entre a presso de vapor do ar e a presso de vapor do ar obtida em condies de equilbrio ou saturao sobre uma superfcie de gua lquida ou gelo. O valor da UR varia entre 0 e 1 para condies at a saturao (e acima de 1 para condies supersaturadas) de acordo com a temperatura. Convencionalmente tambm denotada em porcentagem. Em outras palavras pode se dizer que umidade relativa do ar a relao entre a quantidade de gua existente no ar (umidade absoluta) e a quantidade mxima que poderia haver na mesma temperatura (ponto de saturao). Ela um dos indicadores usados na meteorologia para saber como o tempo se comportar. Essa umidade presente no ar decorrente de uma das fases do ciclo hidrolgico, o processo de evaporao da gua. O vapor de gua sobe para a atmosfera e se acumula em forma de nuvens, mas uma parte passa a compor o ar que circula na atmosfera. A umidade relativa tem uma grande importncia na vida dos seres humanos, h vrios problemas decorrentes da baixa umidade do ar, como: Complicaes alrgicas e respiratrias devido ao ressecamento de mucosas, Sangramento pelo nariz, ressecamento da pele, irritao dos olhos, eletricidade esttica nas pessoas e em equipamentos eletrnicos, aumento do potencial de incndios em florestas e pastagens. A partir de 30% cuidados devem ser tomados. O higrmetro o instrumento que mede a umidade presente nos gases, mais especificamente na atmosfera. utilizado principalmente em estudos do clima, mas tambm em locais fechados onde presena de umidade excessiva ou abaixo do normal poderia causar danos, por exemplo, em peas de museus, documentos de bibliotecas e elementos de laboratrios. Os higrmetros so compostos, em sua maioria de substncias com capacidade de absorver a humidade atmosfrica.

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SENSORO sensor de umidade capacitivo que foi usado foi do tipo capacitivo, nele, medido o efeito da umidade sobre a constante dieltrica de um polmero ou material de xido de metal. Com ajustes, esses sensores tm uma preciso de UR +/- 2% na faixa 5-95%. Sem calibrao, a preciso de 2 a 3 vezes pior. Sensores capacitivos so robustos contra alguns efeitos, tais como condensao e altas temperaturas temporrias. Os sensores capacitivos esto sujeitos deriva, contaminao e efeitos do envelhecimento, mas so adequados para muitas aplicaes. Eles consistem de um substrato sobre o qual uma fina pelcula de polmero ou de xido de metal depositada entre dois eletrodos condutores. A superfcie de deteco revestida com um eletrodo de metal poroso para proteg-la da contaminao e da exposio condensao. O substrato tipicamente de vidro, cermica, ou de silcio. A mudana incremental na constante dieltrica de um sensor de umidade capacitivo quase diretamente proporcional umidade relativa do ambiente circundante. A mudana na capacitncia tipicamente 0,2-0,5 pF para uma variao de 1% de umidade relativa, enquanto que a capacitncia maior entre 100 e 500 pF a 50% UR a 25 C. Sensores capacitivos so caracterizadas por baixo coeficiente de temperatura, capacidade de funcionar em altas temperaturas (at 200 C), a recuperao total da condensao, e uma resistncia razovel aos vapores qumicos. A resposta intervalos de tempo 30-60 s para uma mudana de passo de 63% de umidade relativa. H tcnicas para a produo de sensores capacitivos que tiram proveito de muitos dos princpios utilizados na fabricao de semicondutores para produzir sensores com drift de longo prazo mnimo e histerese. Sensores capacitivos de pelcula fina podem incluir circuito de condicionamento de sinal integrado monoltico sobre o substrato. O condicionador de sinal mais utilizado incorpora um temporizador CMOS para o sensor de pulso e para produzir uma sada de tenso quase linear (Figura 1).

Figura 1 Curva do Sensor de Umidade Capacitivo 5

O sensor usado escolhido o modelo HS 1101(Figura 2) da marca HUMIREL.

Figura 2 Sensor HS 1101

Figura 3 Caractersticas Dimensionais do Sensor HS 1101

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PROJETOO projeto foi desenvolvido de acordo com o diagrama abaixo (figura 4).

Figura 4 Diagrama de blocos do Higrmetro Digital

O circuito completo foi implementado em laboratrio na placa protoboard utilizando os circuitos integrados que sero comentando durante o decorrer deste relatrio.

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MODULADOR PWMO circuito modulador formado pelo por um oscilador a cristal de 3.6864 MHz, ligado ao circuito integrado 74HCT4060N, que se trata de um contador binrio com oscilador que divide essa frequncia e dispe em suas sadas frequncias menores que a introduzida, em cada sada do CI, tem-se uma frequncia diferente, essa primeira parte mostrada no circuito da figura 5.

Figura 5 Circuito Oscilador

Aps essa diviso temos a frequncia disponvel no pino 3, cerca 30 KHz. Ento ligamos esse pino, atravs de um capacitor de acoplamento, entrada de disparo do multivibrador monoestvel, CI LMC555. O sensor de umidade, na figura 6 representado por uma capacitncia varivel, ligado entre o terra e o pino 6 do multivibrador, ele responsvel por determinar a durao dos impulsos de sada do monoestvel, o circuito representado na figura 6.

Figura 6 Multivibrador mono estvel 8

O sinal de sada do monoestvel ligado a uma rede RC, que o demodulador PWM, um filtro passa baixa, filtrando apenas o nvel DC partir dos pulsos gerados pelo multivibrador. O circuito completo, oscilador, multivibrador, e filtro passa baixa, est representado montado na figura 7. O circuito est com sua sada ligada a um multmetro, para medir o nvel de tenso equivalente para uma determinada capacitncia, que representa uma percentagem definida de umidade.

Figura 7 Oscilador, multivibrador e filtro passa baixa simulado

Figura 8 Circuito prtico: Oscilador, multivibrador e filtro passa baixa

O sinal de eltrico (sinal analgico) obtido aps o demodulador PWM convertido em um valor digital de 8 bits.

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CONVERSOR A/DTemos um valor analgico de tenso gerado pelo multivibrador monoestvel e demodulado pelo filtro passa baixa. A partir deste sinal necessrio converte-lo em um sinal digital de 8 bits, que podem representar, 2^8 , 256 valores. Foi feita a opo de utilizar um conversor de fcil implementao e de baixo custo, o ADC 0804, figura 9. O pino que sai do filtro passa baixa, conectado no pino 6 do conversor A/D.

Figura 9 ADC 0804

Para nossa aplicao necessrio polarizar o circuito de modo que ele esteja sempre habilitado e em leitura. Quando o nvel de umidade zero, o sinal eltrico diferente de zero, ento para isso que se precisa ajustar o valor mximo medido atravs do valor de tenso de referencia. Nesse conversor de aproximaes sucessivas, funciona com clock, para isso utilizado o gerador de clock interno. O circuito tambm foi projeto para sempre ficar fazendo leituras, na figura 10 temos o conversor completo.

Figura 10 Montagem do Conversor A/D 10

A tenso de referencia do conversor ajustada pelo potencimetro P1, enquanto que P2 fornece a tenso de offset. A rede R19 e C11 necessrio para o sinal de clock interno usado na con