projeto temporizador
TRANSCRIPT
1
Desenvolvimento de um Temporizador Programável
Microcontrolado para Agricultura
Maria Luciene de Oliveira Lucas1, Pedro Paulo da Cunha Machado
2
1Granduanda do Curso Tecnólogo em Sistema de Informação do Instituto Superior de
Tecnologia de Paracambi (IST- Paracambi)
Rua Sebastião Lacerda, Fábrica - Paracambi, 23660-000 RJ - Brazil
2Professor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia
Campus Paracambi – Rio de Janeiro.
[email protected], [email protected]
Resumo. Temporizadores são utilizados para ligar e desligar equipamentos
elétricos. Na agricultura os temporizadores são muito utilizados no controle
da irrigação e em cultivos hidropônicos. Neste trabalho foi desenvolvido um
protótipo de um temporizador programável para ser utilizado em ambientes
agrícolas, com combinações de programação de 1 segundo a 99 horas,
mudança automática de temporização diferencial para horário
diurno/noturno e gravação dos tempos programados em memória EEPROM.
O sistema foi desenvolvido usando microcontrolador PIC18F4550 de 8 bits da
MICROCHIP. O protótipo funcionou de acordo com o esperado, tanto nas
programações das combinações dos tempos e na mudança automática da
temporização para o dia e para noite. A precisão obtida nos tempos
programados para ligar e desligar equipamentos foi da ordem de 1%.
Abstract. Timers are used to turn on and turn off electrical equipment. In
agriculture timers are used to control irrigation and in hydroponic systems. In
this work we developed a prototype of a programmable timer for use in
agricultural environments, with combinations of programming from 1 second
to 99 hours, with automatic program for day / night and recording the
programmed times in EEPROM memory. The system was developed using
microcontroller PIC18F4550 of 8-bit. The prototype worked as expected, both
the scheduling of time, the automatic change from day to night and the
accuracy achieved to turn on and turn off equipments was about 1%.
1. Introdução
Temporizador ou timer, como também é conhecido, é um dispositivo capaz de
ligar ou desligar sistemas elétricos e eletrônicos, após decorrido um período
predeterminado de tempo. Os temporizadores microcontrolados permitem sua
programação, elevando suas possibilidades de intervalos entre os ciclos operacionais
(ligado ou desligado) de algum processo que ele esteja controlando.
De acordo com as estratégias de controle, os temporizadores são definidos como
controladores de malha aberta. São também utilizados em processos industriais,
aparelhos domésticos, equipamentos odontológicos, semáforos rodoviários, agricultura
e outros equipamentos com funcionamentos periódicos (Bazanella & Silva Junior,
2005).
2
São freqüentes os estudos na agricultura que utilizam os temporizadores para o
controle de fotoperíodo, irrigação e cultivos hidropônicos. Uma grande quantidade de
combinações entre os períodos de tempo em que os equipamentos controlados serão
ligados e desligados, irão depender das técnicas empregadas, do clima e das espécies
cultivadas. Um dos fatores que geralmente influenciam na tomada de decisão, quando
utilizamos automação em um cultivo agrícola, é a disponibilidade de temporizadores
que atendam as necessidades de um determinado projeto. A agricultura é uma das áreas
que já vem se beneficiando dessa tecnologia (Fontes & Cagnom, 2002).
O uso do temporizador programável no controle da automação de sistemas de
produção agrícola se constitui em uma alternativa que se apresenta bastante vantajosa,
tendo em vista a grande flexibilidade que o mesmo oferece quando da necessidade de
alteração na programação do sistema, visando o uso racional dos recursos empregados e
a qualidade no processo produtivo (Fontes & Cagnom, 2002).
Muitos trabalhos na área agrícola apresentam uma grande variação da
intermitência dos temporizadores no controle das motobombas da ordem de segundos,
minutos e horas.
O temporizador é considerado um dispositivo fundamental para instalação de
cultivo hidropônico (Staff, 1998). A hidroponia é em uma técnica de produção de
plantas na qual o solo é substituído por uma solução nutritiva composta de água e
elementos minerais, onde a água que circula por uma bomba é ligada periodicamente
por um temporizador (Furlani, 1998).
Neste estudo foi desenvolvido um temporizador programável para suprir as
necessidades do mercado agrícola, com combinações de tempos de intermitência de 1
segundo a 99 horas.
1.1 Objetivo
Desenvolver um protótipo de um temporizador digital programável, com
mudança automática de programação diurna e noturna e gravação dos tempos
programados em memória EEPROM para ser utilizado em ambientes agrícolas ou em
instituições de ensino onde tenham estudantes que trabalhem com o uso de
temporizadores para experimentos e outras atividades relacionadas ao ensino
educacional.
2 Material e Métodos
2.1 Microcontrolador PIC
Os microcontroladores PIC reúnem, em um único chip, todos os circuitos
necessários para o desenvolvimento de um sistema digital programável. Eles dispõem
internamente, de uma Unidade Central de Processamento (CPU), que controla todas as
funções realizadas pelo sistema. A CPU, por sua vez, possui diversos registradores e a
Unidade Lógica Aritmética (ALU), onde são executadas todas as funções matemáticas e
lógicas. Basicamente, toda movimentação de dados passa através da ALU.
De acordo com Souza (2008), o PIC18F4550 é um dos modelos mais completos
da família PIC18F, possuindo as seguintes características:
3
- Máquina de comunicação USB 2.0;
- USB funciona em modo low speed (1,5 Mb/s) e full speed (12 Mb/s);
- Alta corrente por pino, podendo fornecer 25 mA;
- Três interrupções externas;
- Quatro timers (Timer0 a Timer3);
- Módulo ECPP;
- Conversor A/D de 10 bits;
- Máquina de multiplicação por hardware de 8x8 bits;
- Entrada para comparador;
2.2 Desenvolvimento do Circuito Eletrônico
2.2.1. Simulação utilizando o Software Proteus
Antes de desenvolver o circuito eletrônico do protótipo com componentes
físicos, foi realizado uma simulação com uma versão virtual do protótipo criada por
meio do software Proteus1. Este software é um aplicativo simulador interativo, que
permite criar, simular o funcionamento de circuitos eletrônicos. Com isto, o tempo de
construção e adaptação se torna muito menor, pois possuem uma ampla variedade de
componentes eletrônicos como os microcontroladores, os led’s, as portas lógicas, etc.
(LABCENTER, 2009).
A construção do protótipo na versão virtual usando o ambiente ISIS Proteus
(Figura 1). Para este primeiro teste, foi desenvolvido um código em linguagem C, com
uso do software MIKROC, desenvolvido pela empresa Mikroeletrônica2.
1 www.labcenter.co.uk/index.cfm 2 www.mikroe.com
4
Figura 1 – Protótipo Virtual Desenvolvido pelo Ambiente ISIS Proteus, versão 7.0.
2.2.2. Desenvolvimento do Software em Linguagem C usando o Ambiente de
Programação MIKROC
O software em linguagem C foi desenvolvido dentro de uma estrutura cíclica,
para varreduras dos botões de programação, conversor A/D, determinação dos tempos
ligado/desligado e controle do relé.
O programa que compõem o protótipo foi escrito na linguagem C usando o
compilador MikroC Versão 8.03
3www.mikroe.com
7
Figura 2 - Fluxograma do Gerenciador do Microcontrolador
2.2.3 Teste do Programa em Linguagem C na Placa de Testes EASYPIC5
A placa EASYPIC54 (Figura 3) é um laboratório de testes comercializada pela
empresa MikroElektronika para avaliação dos softwares desenvolvidos usando seus
ambientes de programação (MikroBasic, MikroPascal e MikroC).
Após os testes positivos com a simulação no PROTEUS, houve a necessidade da
realização de testes com uma placa eletrônica real. E esta placa oferece o display LCD,
leds indicadores, botões tipo “pushbutton”, entrada de conversão A/D e principalmente
utilizada um microcontrolador real. Os testes foram importantes para os ajustes e
determinação da precisão das medidas de tempo.
4 www.mikroe.com
8
Figura 3 – Laboratório Teste X EASYPIC5
2.2.4 Construção da Versão Final Protótipo
Após os testes realizados na placa testes EASYPIC5, foi construída a versão
final do protótipo em placa de circuito impresso (Figura 4). O protótipo foi montado em
um quadro de uma forma didática, onde está fixo o temporizador, a fonte de
alimentação, o relé, a tomada para ligação do equipamento a ser controlado. A mesma
apresenta dois pontos luminosos, a cor vermelho identifica que o relé está ligado e a cor
azul que está desligado.
Na construção foi utilizado o microcontrolador PIC18F4550. Os botões
permitem a digitação dos valores dos tempos (ligado/desligado) e um sensor de
luminosidade LDR (Light Dependent Resistor), que permite a mudança automática da
programação para o dia ou para a noite, de acordo com as necessidades apresentadas
nos cultivos agrícolas. O circuito eletrônico é constituído principalmente pelo
microcontrolador, um display LCD (Liquid Crystal Display) de 2 linhas por 16 colunas
(2x16), Cristal de 8 MHz, transistor, regulador de tensão para 5 V (7805), botões tipo
9
“pushbutton”, relé (12 V e 30 A) e uma fonte de alimentação de 12 V.
Figura 42 - Versão Final do Protótipo
2.2.5 Avaliação de Erros de Temporização
Foi desenvolvido um programa MONITOR em linguagem Delphi (Figura 5)
para ser executado em um computador pessoal com objetivo de avaliar as medidas dos
intervalos de tempo, gerados pela placa de testes e com isso realizar os ajustes das
variáveis de controle.
Para determinação dos intervalos ligado e desligado da placa de testes, foi ligado
um cabo paralelo ao relé. O programa MONITOR utilizou os períodos obtidos na porta
paralela para comparação com o relógio do sistema, na unidade de milissegundos (10-3
segundos).
Os valores lidos da porta paralela foram apresentados em um gráfico e em uma
caixa de com possibilidade de gravação em disco. A figura 4 apresenta o programa
MONITOR numa avaliação de programação do temporizador de um minuto ligado e
um minuto desligado, que equivaleria a uma leitura de 60.000 milissegundos.
11
3 Conclusões
O protótipo desenvolvido apresentou as funcionalidades esperadas, como a
programação via botões “pushbutton”, uso do sensor de luminosidade que permite
mudança automática diurna/noturna atingindo desempenho esperado. Dessa forma,
permite uma programação diferenciada para noite.
Os erros obtidos para todas as unidades de tempo foram de aproximadamente de
1%, que é suficiente para a utilização em equipamentos agrícolas.
Como os dados são salvos na memória EEPROM, na falta de energia elétrica a
programação não é perdida. Visto que é uma vantagem para agricultura, pois alguns
temporizadores analógicos perdem a programação nessa situação.
O temporizador desenvolvido pode ser usado em diferentes atividades agrícolas,
pois permite programação com combinações de 1 segundo a 99 horas, o que se torna um
diferencial frente a temporizadores comerciais de baixo custo, cujo tempo mínimo é de
15 minutos.
Com a utilização desse protótipo é possível demonstrar em aulas práticas de
disciplinas relacionadas à área agrícola, como é o funcionamento da irrigação para
diferentes culturas. O aparelho pode ser usado tanto para trabalhos com estudantes do
ensino médio quanto para nível superior.
O protótipo é didático e pode ser usado nas
aulas sobre uso de linguagens de programação no desenvolvimento de novas
tecnologias aplicadas.
A utilização de microcontrolador no desenvolvimento do temporizador
possibilita atualizações do software de gerenciamento, facilitando o aperfeiçoamento em
projetos futuros.
Apesar do projeto ter sido desenvolvido para agricultura, o temporizador pode
ser utilizado em outras áreas desde que seja levado em consideração a faixa dos erros
obtidos.
Os aparelhos elétricos que podem ser ativados dependem da corrente máxima
permitida pelo relé, que é da ordem de 30 A e voltagem de 110 a 240 V ou também essa
capacidade pode aumentada usando uma chave contatora.
4. Referências
BAZANELLA, A. S.; SILVA JUNIOR, J. M. G. da. Sistemas de Controle Princípios
e Métodos de Projeto. Porto Alegre: UFRGS, 2005. 299p.
FURLANI, P.R. Instrução para o cultivo de hortaliça de folha pela técnica de
hidroponia- NFT. Campinas: Instituto Agronômico, 1998. 30p. (Documentos IAC,
168).
FONTES, I. R.; CAGNOM, J. A. Sistema de Supervisão e Controle para Aplicação
em Viveiros de Mudas. São Paulo: Departamento de Engenharia Elétrica - Feb -
Unesp, 2002. 5 p.
LABCENTER. Proteus, 2009. Disponível em: LabCenter
<http://www.labcenter.co.uk/index.cfm>.Acesso em: 12 dezembro 2009.
STAFF, H. Hidroponia. 2ª ed. Cuiabá: SEBRAE/MT, 1998. 101p. (Coleção
Agroindústria; v. 11).