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SERVIO PBLICO FEDERAL
MINISTRIO DA EDUCAO
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DO PAR
CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAO
PEDRO HENRIQUE DE ABREU VIEIRA
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE AQUISIO DE
DADOS DE SINAIS ELTRICOS USADOS EM
INSTRUMENTAO INDUSTRIAL
BELM
2014
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SERVIO PBLICO FEDERAL
MINISTRIO DA EDUCAO
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DO PAR
CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAO
PEDRO HENRIQUE DE ABREU VIEIRA
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE AQUISIO DE
DADOS DE SINAIS ELTRICOS USADOS EM
INSTRUMENTAO INDUSTRIAL
BELM
2014
-
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DO PAR
CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAO
PEDRO HENRIQUE DE ABREU VIEIRA
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE AQUISIO DE
DADOS DE SINAIS ELTRICOS USADOS EM
INSTRUMENTAO INDUSTRIAL
Trabalho Acadmico de Concluso de Curso
apresentado ao Colegiado Especfico de
Engenharia de Controle e Automao do
Instituto Federal de Educao, Cincia e
Tecnologia do Par IFPA, como requisito para a obteno do Grau de Engenheiro de
Controle e Automao, sob a orientao do
Prof. Msc. Agesandro Caetano Corra.
BELM
2014
-
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DO PAR
CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAO
Pedro Henrique de Abreu Vieira
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE AQUISIO DE
DADOS DE SINAIS ELTRICOS USADOS EM
INSTRUMENTAO INDUSTRIAL
Data de Defesa: ___/ ___/ ___
Conceito: ________________
Banca Examinadora
___________________________________
Prof. Orientador Msc. Agesandro Caetano Corra - IFPA
_____________________________________
Prof Msc. Selma Cristina de Freitas Freire - IFPA
_____________________________________
Esp. Valdomiro Melo Pereira IFPA
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Aos meus pais.
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AGRADECIMENTOS
Agradeo primeiramente a DEUS pela oportunidade de cursar uma universidade e ter me dado
fora para superar os dificuldades do dia a dia.
Aos meus pais, em especial minha me que dedicou cada minuto de sua vida a criao dos
filhos. Sem ela nada disso seria possvel.
Aos meus colegas de sala e amigos Berilo Junior, Victor Lima, Rafael Melo, Rodrigo Pena e
Renan Godinho. Tenham a certeza que a amizade de vocs tornou o fardo dessa longa
caminhada bem mais leve.
A todos os professores do curso de Engenharia de Controle e Automao, em especial ao meu
orientador, professor Ms. Agesandro Caetano Corra, com quem aprendi muito dentro e fora
de sala de aula.
Aos amigos Vinicius Vicente e Valdomiro Melo, pela ajuda fundamental no desenvolvimento
deste projeto.
A todas as pessoas que torceram e torcem pelo meu sucesso.
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"Seja quem voc for, seja qualquer posio que
voc tenha na vida. Do nvel altssimo ao mais
baixo. Tenha sempre como meta, muita fora,
muita determinao, e sempre faa tudo com
muito amor e com muita f em Deus, que um
dia voc chega l. Em algum momento voc
chega l."
Ayrton Senna
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RESUMO
O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um prottipo de um sistema de aquisio
de dados de sinais eltricos usados em instrumentao industrial. O sistema gerenciado pelo
microcontrolador PIC 18F4520, e possui uma Interface homem mquina responsvel por
configurar as horas, canais de leitura e amostragem dos dados. Os dados lidos so armazenados
em uma memria interna, e a partir de um sistema de comunicao Serial/USB e de uma
interface grfica desenvolvida na linguagem de programao Visual C#, podem ser
descarregados para o computador.
PALAVRAS-CHAVE: Instrumentao Industrial, Microcontrolador, Serial/USB, Visual C#.
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ABSTRACT
The present work provides the development of a prototype of the data acquisition system of
electrical signals used in industrial instrumentation. The system is managed by the
microcontroller PIC 18f4550, and it has a human-machine interface responsible for configuring
the hour, collection time and sampling time. The read dates are stored in a internal memory,
and from a Serial/USB communication system and a graphic interface built on Visual C#
programming language, they can be downloaded for the computer.
KEY-WORDS: Industrial instrumentation, Microcontroller, Serial/USB, Visual C#.
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LISTA DE FIGURAS
1.1 Mecanismo de ao dos sistemas de controle .................................................................. 2
2.1 Processo de aquisio de dados ........................................................................................ 4
2.2 Arquitetura dos sistemas de aquisio e controle ............................................................ 5
2.3 Componentes dos sistemas de aquisio de dados ........................................................... 6
2.4 Esquema de um transdutor eltrico .................................................................................. 7
3.1 Datalogger - OM-DAQ-USB-2401 ................................................................................. 15
3.2 Datalogger testo 176 P1 ............................................................................................... 16
3.3 Datalogger Cello GS2 .................................................................................................. 16
3.4 Caixa trmica inteligente NOVUS .................................................................................. 17
5.1 Arquitetura do sistema de aquisio de dados ............................................................... 23
5.2 Circuito condicionador de sinal ..................................................................................... 23
5.3 Conector da fonte e conector a placa do microcontrolador ............................................ 25
5.4 Circuito Impresso da placa de condicionamento de sinais com 4 canais. ...................... 25
5.5 Montagem do circuito da placa de condicionamento de sinais . ..................................... 26
5.6 Ligao do Microcontrolador ......................................................................................... 27
5.7 Ligao do CI LM7805 ................................................................................................. 27
5.8 Ligao do CI MAX232 e conector serial ..................................................................... 28
5.9 Ligao do CI DS1307 .................................................................................................... 28
5.10 Ligao do bando de memria ....................................................................................... 28
5.11 Ligao do LCD alfanumrico ....................................................................................... 29
5.12 Ligao do oscilador e boto reset ................................................................................. 29
5.13 Ligao do teclado matricial .......................................................................................... 29
5.14 Ligao do conector com a placa de condicionamento .................................................. 30
5.15 Ligao da interface ICSP para gravao in-circuit ...................................................... 30
5.16 Ligao do buzzer .......................................................................................................... 30
5.17 Circuito Impresso da placa CPU ................................................................................... 31
5.18 Montagem do circuito da placa CPU ............................................................................. 31
5.19 CI regulador de tenso LM7810 .................................................................................... 32
5.20 Conexo de um regulador de tenso da famlia 78. ....................................................... 32
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5.21 Estrutura de um barramento I2C. ................................................................................... 34
5.22 Circuito integrado DS1307 ............................................................................................ 35
5.23 Circuito integrado 24LC256 .......................................................................................... 36
5.24 Esquema do sistema de controle .................................................................................... 38
5.25 Microcontrolador PIC18F4520 ...................................................................................... 38
5.26 Diagrama de bloco da converso A/D ........................................................................... 39
5.27 Diagrama de blocos do firmware do microcontrolador ................................................. 41
5.28 Teclado matricial ............................................................................................................ 42
5.29 Mdulo LM020L ............................................................................................................ 43
5.30 Sequncia de telas da IHM ............................................................................................. 44
5.31 Interface grfica ............................................................................................................. 45
5.32 Mensagem da comunicao realizada com sucesso. ...................................................... 46
5.33 Visualizao dos dados medidos em .txt ....................................................................... 46
6.1 Resultado do projeto ...................................................................................................... 48
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LISTA DE TABELAS
5.1 Caractersticas do sistema de aquisio de dados .......................................................... 22
5.2 Formato dos sinais analgicos padronizados ................................................................. 24
5.3 Pinagem do DS1307 ....................................................................................................... 35
5.4 Pinagem do 24LC256 ...................................................................................................... 37
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LISTA DE SIGLAS
RAM .................................................................................................. Ramdom Access Memory
ROM .......................................................................................................... Ready Only Memory
BIOS ................................................................................................ Basic Input/Output System
DOS ...................................................................................................... Disk Operating System
USB ............................................................................................................ Universal Serial Bus
DC ..................................................................................................................... Direct Current
AC ............................................................................................................. Alternating Current
RTD ....................................................................................... Resistance Temperature Detector
PC ........................................................................................................... Computador Pessoal
NTC ....................................................................................... Negativ Temperature Coefficient
SD ...................................................................................................................... Secure Digital
GSM .................................................................................................. Global System for Mobile
GPRS ......................................................................................... General Packet Radio Services
SMS ...................................................................................................... Short Message Service
NFC .............................................................................................. Near Field Communicatioin
LSB ..................................................................................................... Bit Menos Significativo
MSB ........................................................................................................ Bit Mais Significativo
CPU ....................................................................................... Central nica de Processamento
SDCD ........................................................................ Sistema Digital de Controle Distribudo
MTBF ......................................................................................... Mean Time Between Failures
DSP .............................................................................................. Processador de Sinal Digital
CI ............................................................................................................... Circuito Integrado
IHM ................................................................................................. Interface Homem Mquina
RTC ................................................................................................... Relgio em Tempo Real
LCD ...................................................................................................... Liquid Crystal Display
PIC ................................................................................. Controlador Integrado de Perifricos
SCL ................................................................................................................ Serial Clock Line
SDA .................................................................................................................. Serial Data Line
BCD ...................................................................................................... Binary Coded Decimal
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IDE .............................................................................. Integrated Development Environment
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SUMRIO
CAPTULO 1 - INTRODUO ........................................................................................... 01
1.1 Justificativa e relevncia do trabalho .............................................................................. 01
1.2 Objetivos ......................................................................................................................... 03
1.3 Estrutura do trabalho ....................................................................................................... 03
CAPTULO 2 DEFINIO DE SISTEMA DE AQUISIO DE DADOS ................ 04
2.1 Arquitetura de um sistema de aquisio de dados .......................................................... 05
2.2 Elementos funcionais dos sistemas de aquisio ........................................................... 05
2.2.1 Sensores e transdutores .................................................................................................. 06
2.2.2 Cabos de Ligao ........................................................................................................... 07
2.2.3 Condicionamento de sinal .............................................................................................. 08
2.2.4 Mdulos ou placas de aquisio de sinais ...................................................................... 19
2.2.5 Processadores ................................................................................................................. 11
2.2.6 Software ........................................................................................................................ 11
CAPTULO 3 ESTADO DA ARTE .................................................................................. 13
3.1 Introduo ...................................................................................................................... 13
3.2 Alguns sistemas de aquisio de dados .......................................................................... 14
3.2.1 OM-DAQ-USB-2401 ...................................................................................................... 15
3.2.2 testo 176 P1 .................................................................................................................... 16
3.2.3 Cello GS2 ....................................................................................................................... 16
3.2.4 Caixa Trmica Novus ...................................................................................................... 17
CAPTULO 4 CARACTERSTICAS DOS SISTEMAS DE AQUISIO
DE DADOS ............................................................................................................................. 19
4.1 Resoluo ....................................................................................................................... 19
4.2 Preciso .......................................................................................................................... 19
4.3 Sensibilidade .................................................................................................................. 20
4.4 Rudo .............................................................................................................................. 21
CAPTULO 5 MATERIAIS E MTODOS ..................................................................... 22
5.1 Caractersticas do Projeto ............................................................................................... 22
5.2 Arquitetura do sistema ................................................................................................... 22
5.3 Placa de condicionamento de sinais ............................................................................... 23
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5.4 Placa CPU ...................................................................................................................... 26
5.4.1 CIs reguladores de tenso ............................................................................................... 32
5.4.2 Barramento I2C .............................................................................................................. 33
5.4.3 Mdulo RTC .................................................................................................................. 35
5.4.4 Memria ......................................................................................................................... 36
5.4.5 Mdulo de controle ........................................................................................................ 37
5.4.5.1 Algoritmo .................................................................................................................... 40
5.4.6 Interface homem mquina .............................................................................................. 42
5.5 Software do PC .............................................................................................................. 45
CAPTULO 6 - CONCLUSES E PROPOSTAS FUTURAS ........................................... 47
REFERNCIAS ..................................................................................................................... 50
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Captulo 1
Introduo
1.1 Justificativa e relevncia do trabalho
No contexto atual do mundo globalizado, a humanidade conduzida a valorizao da
informao. Dessa forma, conhecer aquilo com que se lida torna-se um diferencial de qualidade.
Possuir informaes confiveis e atualizadas essencial para se obter sucesso.
A aquisio de dados est presente em quase todas as atividades humana. Estamos
cercados por todos os lados, pelos mais diversos tipos de sistemas que recolhem informaes e
auxiliam o processo de tomada de deciso.
O corpo humano possu um sistema complexo de aquisio de dados. Estamos, sempre
a amostrar dados como o cheiro, luz, sons, gostos, sensaes. Baseados nessas informaes,
ns decidimos o que fazer para tornar nossa vida mais conveniente.
Alm do prprio homem, tem-se outros exemplos de sistemas de aquisio de dados:
exames e diagnsticos mdicos, medio do consumo de gua e luz em habitaes ou empresas,
pesquisas de opinio pblica; todos esses e mais uma infinidade de exemplos caracterizam a
importncia dos sistemas de aquisio de dados (Albertazzi, 2008).
No campo da engenharia, os exemplos tambm so infindveis. Muitos profissionais
tm projetado e utilizado Sistemas de Aquisio de Dados nas suas pesquisas de laboratrios,
teste e medio e na automao industrial.
O registro de dados de forma automtica possibilita, entre outras vantagens, a
eliminao de erros humanos na leitura dos sensores, erros de digitao, perdas de dados,
sincronismo da leitura entre vrios instrumentos e frequncia de leitura com intervalos precisos.
O computador pode ser usado na coleta, armazenamento, processamento e transmisso dos
dados. Outra vantagem do uso de computadores que os dados obtidos podem ser trabalhados
em diversos aplicativos comerciais, tais como planilhas eletrnicas, programas grficos,
estatsticos, editores de texto, dentre outros (Gomide, 1998).
Aparelhos de medio e aquisio de dados so muito utilizados em sistemas de
controle. Os sistemas de controle tm por objetivo manter uma ou mais grandezas ou um
processo dentro dos limites predefinidos. A essncia do mecanismo de ao do controle est
esquematizada na figura 1.1.
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2
Figura 1.1: Mecanismo de ao dos sistemas de controle (ALBERTAZZI, 2008).
Segundo Albertazzi (2008), o mecanismo inicia-se com a medio de uma ou mais
grandezas ligadas ao processo que se pretende controlar. O valor medido comparado com o
valor de referncia e, em funo do resultado da comparao, o sistema de controle atua sobre
a(s) grandeza(s), ou sobre o processo, para mant-lo(s) dentro dos nveis desejados.
Os dados de medio de um processo industrial so utilizados para aperfeioar
determinados produtos ou servios; maximizar lucros; minimizar custos ou riscos; comparar
receitas, entre outros. Da mesma forma, a coleta de dados em ambientes como rios, lagos,
adjacncias de industrias, podem fornecer informaes importantes para o monitoramento dos
parmetros ambientais (qualidade do ar, ndice pluviomtrico etc.). Isso torna esse tema de
amplo interesse cientfico, comercial e educacional.
O desenvolvimento dessa tecnologia foi e fundamental para o processo de
industrializao que se apresenta como parmetro fundamental para o desenvolvimento
econmico e social em qualquer parte do mundo. Nesse contexto, a insero de sistemas de
Aquisio de Dados cada vez mais modernos vem tomando espao em todos os processos
industriais e se consolida como instrumento de otimizao dos processos de produo (Frana,
1997).
Dado esse contexto, este projeto surgiu da necessidade do Instituto Federal do Par -
IFPA de possuir um sistema que pudesse monitorar grandezas fsicas dos mais variados tipos e
nas mais variadas reas. Como monitorar o ph de um rio, ou a temperatura de uma estufa. Sendo
esse prottipo uma ferramenta prtica e singular no ensino e pesquisa em medies
experimentais.
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1.2 Objetivos
Desenvolver um prottipo de um sistema de aquisio de dados, que tem como entrada
sinais eltricos nos nveis padronizados de instrumentao industrial, utilizando-o como auxlio
em medies experimentais ou de laboratrio no Instituto Federal do Par (IFPA) Campus
Belm. O sistema conta com a utilizao de sistemas embarcados e computacionais:
Estudar a estrutura eletrnica necessria para implantao do Sistema de Aquisio
de Dados;
Estudar a estrutura e linguagem de programao de microcontroladores;
Desenvolver e programar a lgica referente a leitura dos dados eltricos, converso
analgica digital e o gerenciamento dos perifricos do sistema, atravs do software;
Desenvolver um sistema embarcado de forma compacta e robusta, facilitando a
utilizao do mesmo no auxilio em medies de laboratrio ou de campo.
1.3 Estrutura do trabalho
Capitulo 2 Definio de Sistemas de Aquisio de Dados
Descrio terica acerca do sistema a ser projetado, assim como a arquitetura e cada
uma das etapas que constituem um sistema de aquisio de dados.
Capitulo 3 Estado da Arte
Breve apresentao de diferentes modelos de dispositivos de aquisio de dados, no que
se tem de mais moderno nos dias atuais.
Capitulo 4 Caractersticas dos Sistemas de Aquisio de dados
Principais caractersticas de um sistema de aquisio de dados, que iro determinar as
especificaes do dispositivo.
Capitulo 5 Materiais e Mtodos
So apresentados as especificaes do dispositivos, todos os componentes necessrios
para o projeto, a construo da placa de condicionamento de sinais e placa CPU, assim como o
software utilizado para descarregar os dados armazenados na memria, no computador.
Capitulo 6 Concluso e Propostas Futuras
Neste capitulo so apresentados os resultados finais do projeto, as concluses do
trabalho e as propostas de projetos futuros.
Referncias
Material terico utilizado
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Captulo 2
Definio de sistema de aquisio de dados
Adquirir dados pode, de maneira resumida, ser definida como medir informaes do
mundo real. A maioria dos eventos do mundo real e as suas respectivas medies so de
natureza analgica. Isto , a medio pode conduzir a uma gama de valores contnuos. As
grandezas fsicas de interesse podem ser vrias:
Temperatura
Presso
Vazo
Luz
Deslocamento
De acordo com Baptista (2005), todas essas grandezas, entre outras, possuem energia.
Dessa forma, torna-se necessrio para sua medio a utilizao de dispositivos capazes de
receber esta energia, relativa a uma determinada quantidade fsica da grandeza desejada e
converte-la numa forma de energia manipulvel pelos circuitos eletrnicos. Estes dispositivos
so os sensores e/os transdutores. Os sensores e transdutores recebem as quantidades fsicas de
grandezas analgicas e convertem-nas em quantidades elctricas, tais como tenso e corrente.
O processo de aquisio de dados pode ser ilustrado conforme a Figura 2.1.
Figura 2.1: Processo de aquisio de dados (BAPTISTA, 2005).
Alm da prpria medio, um sistema de aquisio de dados deve garantir que os dados
adquiridos possuam uma relao aceitvel com o mensurando. Para tal, alm dos sensores e/ou
transdutores, um sistema de aquisio de dados deve possuir elementos que condicionem os
dados adquiridos.
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2.1 Arquitetura de um sistema de aquisio de dados
Um sistema de aquisio de dados deve medir, analisar e validar as informaes
adquiridas do mundo real. Para isso, esse sistema deve apresentar uma arquitetura onde os
elementos se comunicam e se entendam mutuamente, interagindo entre si. Isso significa que
um sinal gerado por um sensor e/ou transdutor pode ser analisado pelo condicionador de sinais,
que tem como funo entregar um novo sinal, relacionando com o primeiro e que pode ser
tratado pelo conversor analgico-digital e assim sucessivamente (Murasugi, 2003).
Figura 2.2: Arquitetura dos sistemas de aquisio de dados (adaptado de MURASUGI, 2003).
2.2 Elementos funcionais dos sistemas de aquisio
Segundo Inamasu et al. (1996), os principais componentes de um sistema de aquisio
de dados so:
- sensor/transdutor: elemento em contato com o mundo real. Um transdutor transforma
um sinal a ser medido em outro tipo (geralmente eltrico).
- elemento conversor de sinal: este elemento converte uma varivel em outra. Por
exemplo: rotao em sinal eltrico, sinal analgico em digital, voltagem em corrente, etc.
- elemento armazenador de dados: este elemento armazena os dados digitais e possibilita
arquivar os mesmos. Fisicamente, pode ser uma memria ou um disco magntico.
- elemento de processamento de dados: os dados so processados por
microprocessadores ou microcontroladores programveis, antes de serem apresentados. Em
alguns casos, pode ser um microcomputador.
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- elemento transmissor de dados: a transmisso o elemento mais verstil do sistema.
Fisicamente, pode ser um simples par de fios ou at rdios.
- elemento de apresentao de dados: a apresentao pode ser um indicador luminoso
em uma tela de microcomputador.
De acordo com TAYLOR (1997), os sistemas de aquisio de dados so constitudos
por condicionadores de sinais, conversores analgicos-digitais (A/D), interface de comunicao
para a transferncia das informaes digitais e programa computacional de gerenciamento e
processamento de dados.
Na Figura 2.3 apresentam-se os elementos funcionais de um sistema de aquisio de
dados. Cada elemento funcional vai afetar a exatido do sistema total de medio e a correta
recolha dos dados do processo fsico que se pretende monitorizar. De seguida vai abordar-se de
uma forma resumida as principais funes de cada um destes elementos.
Figura 2.3: Componentes dos sistemas de aquisio de dados (National Instruments).
2.2.1 Sensores e transdutores
Segundo Serrano et al. (2005), os sensores e transdutores fornecem a ligao direta entre
o mundo real e o sistema de aquisio de dados convertendo sinais de grandezas fsicas em
sinais elctricos (tenses ou correntes, entre outros) apropriados para os condicionadores de
sinais e/ou os equipamento de aquisio de dados.
O elemento sensor no um instrumento mas faz parte integrante da maioria absoluta
dos instrumentos. O elemento transdutor o componente do instrumento que converte a
varivel fsica de entrada para outra forma usvel. A grandeza fsica de entrada geralmente
diferente da grandeza de sada (Guedes, 2004).
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De um modo geral, transdutor o elemento, dispositivo ou instrumento que transforma
um tipo de energia em outro, utilizando para isso um elemento sensor. Por exemplo, o sensor
pode traduzir informao no eltrica (velocidade, posio, temperatura, pH) em informao
eltrica (corrente, tenso, resistncia).
Atualmente, existem transdutores disponveis para a medio de praticamente todas as
grandezas fsicas existentes. Por exemplo: para a medio de temperaturas existem os
termopares, as termoresistncias, termistores e a juno de semi-condutores, que convertem a
temperatura do meio com o qual esto em contato num sinal analgico proporcional; para a
medio de vazo, existem, entre outros, os medidores de vazo de turbina que geram um sinal
quadrado cuja frequncia depende da velocidade do escoamento; para a medio de tenses
mecnicas, existem as clulas de carga; para a medio de presso, existem diversos tipos de
transdutores de presso como transdutor de presso de cilindro, transdutores de instabilidade
de combusto em turbina de gs, etc. (Serrano, 2010).
Em todos eles, o sinal elctrico produzido proporcional quantidade fsica que se
pretende medir de acordo com uma relao prvia estabelecida, conforme a Figura 2.4. Existem
uma gama de parmetros que definem o funcionamento dos sensores e/ou transdutores, entre
eles: amplitude do sinal de sada, sensibilidade, estabilidade, linearidade, etc.
Figura 2.4: Esquema de um transdutor eltrico. (SERRANO, 2010)
2.2.2 Cabos de ligao
Os cabos de ligao representam a ligao fsica entre transdutores at os
condicionadores de sinais e/ou equipamentos de aquisio de dados. Os cabos de ligao,
quando o condicionador de sinal e/ou o sistema de aquisio fisicamente afastado do
computador, tambm fornecem a ligao fsica entre estes equipamentos e o computador.
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Atualmente na instrumentao, o cabo mais utilizado o cabo loop de corrente 4-20mA,
apesar de que a utilizao de padres de tenso ser uma maneira mais simples de transmisso
de informao. No obstante, vrios padres de tenso j foram elaborados e utilizados na
indstria, em especial o padro 0-5V que se tornou mais conhecido devido a sua aplicabilidade
em sistemas microprocessados onde essa tenso mais utilizada na alimentao do
microprocessador.
Com o passar dos anos, a utilizao de cabos de loop de corrente tornou-se mais atraente
do que os de tenso. Tal padro trouxe enumeras vantagens como imunidade ao rudo e
transmisso em longas distncias.
Em muitos dos sistemas de aquisio de dados, os cabos de ligao e comunicao
representam o maior componente de todo o sistema, podendo tornar o sistema sensvel a rudo
externo. Este componente passivo dos sistemas de aquisio muitas vezes negligenciado
durante o desenvolvimento dos sistemas, tornando-se uma importante fonte de erro e incerteza
(Serrano, 2005).
2.2.3 Condicionadores de sinal
De acordo com Murasugi et al. (2003), os sinais coletados pelos sensores e transdutores
nem sempre atendem as imposies da placa de aquisio, ou seja, Os sinais elctricos gerados
por esses dispositivos devem ser optimizados para a escala de entrada do conversor D/A. Os
dispositivos condicionadores de sinal amplificam sinais de baixa intensidade, isolando-os e
filtrando-os para uma medio mais precisa.
Os circuitos de condicionamento de sinal utilizados apresentam uma grande variedade
de caractersticas. Entre elas:
- Amplificao: O tipo mais comum de condicionamento a amplificao. Os sinais de
baixa intensidade como os dos termopares, por exemplo, devem-se amplificar para aumentar a
resoluo e reduzir o rudo. Para uma maior preciso, o sinal deve ser amplificado de forma,
que a tenso mxima do sinal a ser condicionado coincida com a tenso mxima de entrada do
conversor A/D;
- Isolamento: Outra caracterstica comum no condicionamento sinais o seu isolamento
dos sensores/transdutores em relao entrada do conversor, de forma a garantir a segurana.
O sistema a ser monitorado pode conter "transientes" de alta tenso que podem danificar o
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conversor. Outra razo para o isolamento garantir que as leituras do equipamento de aquisio
so imunes a diferenas de potencial entre a terra e as tenses em modo comum. Quando as
entradas de sinal a ser adquirido pelo dispositivo esto referidas terra, podem ocorrer
problemas se existir uma diferena de potencial em duas terras. Esta diferena pode levar ao
designado curto de terra, o que causa impreciso na representao do sinal adquirido; e mesmo
a diferena pode ser to alta que pode danificar o sistema de medio. Atravs da de mdulos
de condicionamento de sinal isolados elimina-se o curto de terra e garante-se que os sinais sejam
adquiridos com preciso.
- Filtragem: Frequentemente, sinais com frequncias indesejveis esto presentes no que
est sendo medido. Em muitas situaes necessrio a utilizao de filtros passas altas, passa
baixas ou passa faixa para eliminar ou minimizar estes sinais. Estes filtros podem ser
implementados apenas com elementos passivos, como resistores, capacitores, indutores, ou
filtros ativos, como uso de amplificadores realimentados.
- Excitao: Alguns transdutores, requerem uma tenso externa ou sinais de corrente de
excitao. Os mdulos de condicionamento de sinal para esses transdutores geralmente geram
esses sinais. Medies por extensmetros, termistores, ou RTDs, por exemplo, so feitas
normalmente com uma fonte de corrente que converte a variao da resistncia em relao a
uma tenso mensurvel.
- Linearizao: Uma outra funo do condicionamento de sinal a linearizao. Muitos
transdutores, como os termopares, tm uma resposta no-linear s variaes nos fenmenos que
esto sob medio.
Deve-se entender a natureza do sinal, a configurao que se est a usar para medi-lo e os
efeitos do ambiente em redor do sistema. Com base nestas informaes, pode-se determinar se
o condicionamento de sinais necessrio num sistema de aquisio de dados (Baptista, 2005).
2.2.4 Mdulos ou placas de aquisio de sinais
A placa de medio responsvel pelas entradas e sadas de sinais na cadeia de medida.
Assim, ela pode executar funes como entrada, processamento e converso para o formato
digital, usando conversores digitais (AD), de sinais analgicos provenientes do meio de
medio. Os dados aps convertidos so transferidos para o computador para visualizao,
armazenamento ou anlise.
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As placas de aquisio so compostas, principalmente, com os seguintes componentes:
a) Entradas Analgicas
As especificaes das entradas analgicas fornecem as informaes referente a preciso
do sistema. Nas especificaes so encontrados dados sobre nmero de canais, taxa de
amostragem, resoluo e escala de amostragem.
- Nmero de Canais: so especificadas pelas entradas single-ended e diferenciais.
Entradas single-ended so referenciais a terras comuns, essas entradas so bastante utilizadas
em sinais de entradas de alto nvel, aquelas acima de 1V e que tenham distncia pequena, menos
de 3 metros, entre sensores e transdutores e a placa de aquisio. Outra caracterstica dessa
entrada que todos os sinais de entrada utilizam o mesmo terra. As entradas diferenciais so
utilizadas para sinais de baixo nvel, menores que 1V e quando se espera que os erros causados
por rudos sejam reduzidos, pois nessas entradas cada uma possui prprio terra.
- Taxa de Amostragem: neste parmetro determina-se a frequncia em que as converses
analgico digital so realizadas. Quanto maior a taxa de amostragem, mais original ser a
representao do sinal.
- Escala: esse parmetro referente aos nveis de tenso mximos e mnimos que o
conversor pode quantizar.
b) Conversor Analgico / Digital
Conversores A/D (analgico / digital) convertem os sinais analgicos adquiridos pelos
sensores e transdutores para digitais. A preciso dessa converso dependente de variveis
como resoluo e linearidade do conversor. A caracterstica mais importante nos conversores
A/D sua taxa de amostragem, ou seja seu processamento. Os elementos que especificam o
processamento de um conversor so: resoluo, tempo de converso, tempo de aquisio e
tempo de transferncia.
- Resoluo: nmero de bits que o processador utiliza para converso. Uma alta
resoluo significa o que o contador pode incrementar.
- Tempo de aquisio: o tempo em que o sinal leva para ser adquirido.
- Tempo de converso: o tempo de converso do sinal analgico para o digital.
-
11
- Tempo de transferncia: o tempo em que o sinal leva para ir da interface para o centro
de processamento.
Segundo o Teorema de Nyquist, a quantidade de amostras por unidade de tempo de um
sinal, chamada taxa ou frequncia de amostragem, deve ser maior que o dobro da maior
frequncia contida no sinal a ser amostrado, para que possa ser reproduzido integralmente.
c) Triggers
Existem triggers digital e analgico ambos servem para parar ou comear a aquisio,
baseados em um evento externo.
d) Entradas e Sadas Digitais
Essas interfaces geralmente so utilizadas em sistemas baseados em PC para controlar
processos, gerar padres e comunicar com perifricos. A quantidade de dados utilizados nessas
sadas e entradas digitais, dependem do que se quer controlar, caso o que se queira controlar
seja equipamentos que no respondem rapidamente no existe a necessidade de uma alta taxa
de dados. Tambm existe a possibilidade de se utilizar mdulos de acionamento quando que
est sendo controlado necessita de uma voltagem e corrente alta, pois essas sadas trabalham
em torno de 0 a 5 VDC e alguns miliamperes, esses mdulos optoacoplados geram o sinal de
potncia necessrio para controlar o dispositivo.
2.2.5 Processadores
Os elementos responsveis pelo processamento dos sinais adquiridos so os
processadores. Atualmente os mais utilizados em sistemas de aquisio de dados so os
microcontroladores ou computadores pessoais (PC).
2.2.6 Software
Um sistema de aquisio de dados no funciona sem um software, pois o software que
transforma o sistema de aquisio em um acervo completo de dados, funcionando como uma
interface entra a coleta de dados e visualizao e manipulao dos mesmos.
As aplicaes desenvolvidas so executadas no computador sobre um sistema
operacional que pode permitir apenas que uma aplicao seja executada independentemente
como o DOS, ou em sistemas operativos como o Windows, Unix, OS2, que permitem que
mais do que uma aplicao seja executada simultaneamente.
-
12
Existem diversos tipos de softwares disponveis para efetuar aquisio de dados. Desde
os mais simples, especficos para determinadas aplicaes, a plataformas de desenvolvimento
de aplicaes de alto nvel como sistemas de superviso e aquisio de dados, tambm
chamados de software supervisrio (Wikipdia, 2012).
-
13
Captulo 3
Estado da Arte
3.1 Introduo
Os primeiros sistemas automticos de aquisio de dados foram desenvolvidos em
meados do sculo XX. O trabalho que era manual passou a ser realizado por dispositivos
dedicados e customizados a um determinado processo, no que se refere a armazenamento de
variveis.
Com o avano da tecnologia na rea de sensores e transdutores, em conjunto com a
evoluo eletrnica, ouve um avano muito grande nos sistemas de aquisio de dados referente
a variveis fsicas, como temperatura, humidade etc. A grande problemtica da poca era o
armazenamento de dados, visto que eletrnica ainda no dispunha de uma vasta capacidade de
armazenamento. Essa adversidade comeou a ser ultrapassada com o advento da computao.
No incio dos anos 70, os primeiros computadores comerciais comearam a ser utilizados em
sistemas de automao de grande porte, porm estes computadores eram grandes, ocupando
muito espao, de alto custo, difceis de programar e muito sensveis ao ambiente industrial. Mas
tinham a vantagem de manipular a aquisio e controle de vrias variveis. Ainda na dcada de
70 tivemos um grande avano em termos de computao, e os sistemas de aquisio de dados
se beneficiaram disso.
Nas ltimas dcadas, entramos em uma fase onde a tecnologia e conectividade industrial
so proprietrias e um casamento entre cliente e fornecedor acontecia. No mercado
apareceram os SDCDs (Sistemas Digitais de Controle Distribudos).
Na dcada de 90, o mundo comeou a presenciar enormes avanos na rea tecnolgica,
em que os circuitos eletrnicos passaram a proporcionar maior eficincia, maiores velocidades,
mais funcionalidades, maiores MTBFs (Mean Time Between Failures), maior confiabilidade,
consumos menores, espaos fsicos menores e ainda, com redues de custos. Ao mesmo tempo
em que impulsionou o desenvolvimento de computadores, interfaces e perifricos mais
poderosos, com alta capacidade de processamento e memria e o mais interessante, dando
vazo a alta escala de produo com custos reduzidos e o que foi uma vantagem de forma geral,
pois aumentou a oferta de microcontroladores, Cis e ASCIs para toda a indstria.
Um grande desenvolvimento verificou-se na interface grfica com o advento de
ferramentas baseadas no Windows. A simplicidade da operao juntou-se crescente
-
14
capacidade de processamento estabelecendo a unio entre os computadores e a instrumentao.
Tornou-se habitual os instrumentos serem embutidos em computadores de aplicao geral,
permitindo medidas diversas e manipulaes complexas, e ainda grandes capacidades de
armazenamento em memria ou disco, monitorizao inteligente, apresentao grfica de fcil
compreenso e controle dos processos avanados.
Sistemas de aquisio de dados e controle de dispositivos vm sendo desenvolvidos para
diferentes reas de atuao, tanto industriais como cientficas. O seu objetivo apresentar ao
observador os valores das variveis ou parmetros que esto sendo medidos.
Nos ltimos anos tem-se visto um crescente desenvolvimento de sistemas de aquisio
e tratamento digital de sinais, sendo que vrios fatores tm contribudo para a evoluo nesta
rea:
- O avano da microeletrnica que tem possibilitado o aumento das capacidades e
velocidades dos DSPs, elemento central duma aplicao de tratamento digital de sinal;
- A crescente performance dos computadores pessoais, tal como a sua relao
qualidade/preo e a sua confiabilidade;
- A existncia de cada vez mais e melhores ferramentas de desenvolvimento de software
que permitem criar aplicaes de alto nvel com avanadas interfaces grficas;
- O desenvolvimento de novas tecnologias de comunicao que permitem o controle
remoto de instrumentos usando a internet e o wireless como veculos de transmisso de dados.
No resta dvida que hoje no somente a condio de controle que importa. A gesto
da informao, a inteligncia da instrumentao, a tecnologia verdadeiramente aberta e no
proprietria, os benefcios da tecnologia digital so o que agregam valores ao usurio.
3.2 Alguns sistemas de aquisio de dados
Nesta seo pretende-se sumariar alguns tipos de sistemas de aquisio de dados j
existentes, nomeadamente, que so utilizados no mbito industrial/ambiental. O objetivo no
efetuar uma reviso completa destes sistemas, mas sim uma caracterizao dos que so
considerados mais relevantes. Desde os tipos mais usados at modelos de alta tecnologia.
Atendendo a esse objetivo, efetuou-se uma anlise de informao de alguns produtos
disponveis no mercado, a fim de retirar as suas principais caractersticas.
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15
3.2.1 OM-DAQ-USB-2401
Figura 3.1: Datalogger - OM-DAQ-USB-2401 (http://www.omega.com/pptst).
O sistema datalogger OM-DAQ-USB-2401 produzido pela Omega um mdulo de
aquisio de dados USB 2.0 de alta velocidade com entrada para termopar/voltagem. Este
mdulo autnomo alimentado diretamente pela porta USB. Uma fonte de alimentao externa
pode ser usada. Todas as opes configurveis (incluindo o tipo e o intervalo de entrada de
canal individual) so programveis pelo software. O sistema tem entradas de tenso
programvel, que vo de 30 mV a 10 V, escala total. A embalagem compacta e modular
assegura facilidade de uso em uma variedade de aplicaes. As unidades podem ser de trilho
DIN ou montadas na parede com o hardware includo ou facilmente operadas em uma bancada.
Todas as entradas analgicas podem ser medidas sequencialmente a aproximadamente 1 ms por
canal. Um total de 1000 amostras por segundo podem ser tomadas, divididas em todos os canais
ativos.
As caractersticas mais importantes do OM-DAQ-USB-2401 incluem:
- 8 ou 16 entradas analgicas com extremidade nica.
- Resoluo de 24 bits com at 1000 amostras/seg.
- Programvel pelo usurio para termopar do tipo J, K, T, E, R ou entrada de tenso.
- 4 sensores de compensao de juno fria e deteco de termopares abertos.
- Alimentados diretamente pela porta USB ou alimentao externa
- Isolamento de 500 V entre a entrada e o PC para medies seguras e isentas de rudo.
- Driver para Visual Basic, C# e Visual C++ para Windows XP, Vista e Windows 7.
- Fornece sada de +12 Vcc para a excitao dos sensores.
- Inclui hardware para montagem em bancada, trilho DIN ou parede.
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3.2.2 testo 176 P1
Figura 3.2: Datalogger testo 176 P1. (http://www.testo.com.br)
O 176 P1 da fabricante testo, um coletor e dados de temperatura, humidade e presso
de 5 canais com sensor interno (presso absoluta) e conexes para sensores externos
(NTC/sensor de humidade capacitivo), incluindo suporte de parede, cadeado, pilhas e protocolo
de calibrao.
As caractersticas mais importantes do testo 176 P1 incluem:
- Ampla memria para 2 milhes de valores de medio.
- Amplo display facilmente legvel.
- Alimentao externa.
- No possibilita expanso para I/O.
- Possibilita Comunicao Serial.
- Possui carto SD para recolher os dados de medio do data Logger; 2GB
3.2.3 Cello GS2
Figura 3.3: Datalogger Cello GS2. (http://www.technolog.com/gas/products)
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O Cello GS2, produzido pela techonolog um registrador de dados GSM para
monitorar presses de gs, temperatura e entradas digitais (por exemplo, se fechar a operao,
restrio do filtro e operao da porta). Comumente instalados em pontos crticos nas redes de
gs de transmisso / distribuio, tais como estaes de regulao da presso e pontos de
extremidade. Os dados so gravados e transmitidos de volta via GPRS ou SMS para um centro
de coleta de dados central. Alm disso, os alarmes podem ser acionados e transmitida a qualquer
momento se certos limiares so violados. Este mtodo de comunicao oferece uma soluo de
monitoramento remoto de baixo custo e reduz a necessidade de visitas regulares do site.
As caractersticas mais importantes do Cello GS2 incluem:
- Comunicaes sem fio GSM, usando SMS ou GPRS
- Bateria substituvel fornece energia suficiente para at 5 anos
- Opes de presso, temperatura e fluxo de gravao
- Compatvel com sute de software de Technolog
- 128k de memria
- Alarme sofisticado discar regime
- Antena quad band interno ou externo
- prova d'gua
3.2.4 Caixa Trmica Novus
Figura 3.4: Caixa trmica inteligente NOVUS. (http://www.novus.com.br/site)
A Caixa Trmica Inteligente da empresa NOVUS apresenta a soluo ideal para
controlar de forma eficiente, efetiva e sistemtica o transporte de frmacos, hemoderivados,
vacinas e demais produtos da linha farmacutica. Ela realiza o registro contnuo da temperatura
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ao longo do processo da cadeia do frio, mapeando pontos crticos onde estes produtos ficam
mais vulnerveis, como na ltima milha.
Acoplado em sua estrutura est o TagTemp, um Data Logger com a tecnologia NFC que
permite a extrao dos dados aproximando um smartphone da caixa. Estes dados so exportados
para a plataforma NOVUS M2M na Nuvem sem necessidade de configuraes adicionais.
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Captulo 4
Caractersticas dos sistemas de aquisio de dados
4.1 Resoluo
Em termos relativos, a resoluo descreve o grau pela qual uma mudana pode ser
detectada. Esta expressa como uma fraco duma quantidade facilmente relacionvel
(Baptista, 2005).
No universo da aquisio de dados, a resoluo expressa geralmente como o nmero
de bits tais como 12, 16, ou 20. No universo dos multmetros digitais, a resoluo descrita
normalmente em relao ao nmero de dgitos; como 4, 5, ou 6.
Para relacionar os bits de resoluo com os parmetros de medio tais como a tenso ou
a varivel medida, devem-se realizar alguns clculos. Suponhamos um equipamento de aquisio
de dados com uma escala total de 10 V, com 16 bits de resoluo. Para relacionar a resoluo em
volts, deve-se calcular 216, que 65,536. Como resultado, o equipamento pode gerar uma parte
dos 65,536; sendo a escala 10V (20V pico-a-pico), o equipamento pode gerar 20 V/65,536 = 305
V. Geralmente isto significa que a menor variao que pode ser detectada pela medio de 305
V.
Na realidade, nem toda a resoluo necessariamente utilizada, devido a outros fatores,
entre os quais o mais significativo, que o rudo. Um produto especificado com uma resoluo de
16 bits deve ter 4 bits para o rudo. Desta forma, dos 16 bits, pode-se somente gerar 12.
4.2 Preciso
Segudo Fidlis (2012), no deve-se confundir preciso com resoluo. A resoluo o
menor valor que voc pode medir com um instrumento de medio. Nos instrumentos digitais
a variao que ocorre no ultimo digito. J a preciso est relacionada com a disperso
estatstica dos resultados em torno de um valor mdio e pode ser quantificada atravs do desvio
padro das medies.
A preciso global de um sistema sempre menos precisa. Por exemplo, um conversor
A/D de 16-bits tem uma resoluo de 1 em 65,536. Combinando a preciso do conversor A/D
com os diversos componentes que interferem na aquisio, chega-se a uma preciso global do
sistema de 3 a 100 em 65,536.
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Existe uma variedade enorme de formas e configuraes de dispositivos de aquisio de
dados, tornando complexa a comparao de produtos. Porm, durante a especificao, a
preciso do dispositivo merece uma ateno especial (Baptista, 2005).
Para determinar o desempenho real do sistema, devem-se considerar todas as fontes de
erro possveis, tais como o dispositivo D/A, os sensores externos ou as fontes de sinal, e toda a
instalao elctrica conectada.
O erro pode ser tambm introduzido por sinais indesejados que afetam a preciso de
sistema. Enquanto os sinais externos ideais teriam impedncia zero e um nvel de rudo
desprezvel, os sinais reais contm rudo e uma impedncia diferente de zero. Nenhum sensor
perfeito, e nenhuma instalao est livre de rudo; assim todas aplicaes que envolvam
medida de dados tero alguma incerteza que no pode ser controlada ou prevista.
Outra fonte de erro o aliasing. Se um conversor A/D converte alguns componentes de
frequncia iguais ou prximas da frequncia de converso A/D, o aliasing surge. O aliasing
causa a entrega de dados errados devido s baixas frequncias no conversor A/D. Geralmente
pode-se prevenir o aliasing limitando a largura de banda do circuito de entrada de amplificao,
para menos da metade da frequncia de converso A/D. Frequentemente alguns fabricantes
incluem filtros passa-baixa, ou filtros anti-aliasing para eliminar esta fonte de erro. A segunda
causa mais comum de aliasing, uma taxa de amostragem muito baixa em relao ao sinal de
entrada. Pode-se evitar isto facilmente, atravs do aumento da taxa de amostragem.
4.3 Sensibilidade
A sensibilidade uma quantidade absoluta. A resoluo uma quantidade relativa. A
sensibilidade descreve a menor quantidade absoluta da alterao que pode ser detectada pela
medio, expressa geralmente em termos de mili-volts, ou dcimos de grau.
A sensibilidade atual mais uma funo do equipamento de medio do que do meio
ambiente em que a medio se efetua. Um equipamento deve ser perfeitamente capaz de fazer
medies com uma sensibilidade de 1V. Mas se a cablagem no adequadamente ligada
terra e no se evitar as tenses geradas termicamente, ento alcanar a sensibilidade de 1V
ser impossvel.
A forma mais fcil para determinar a sensibilidade de um equipamento ver o
desempenho na sua escala mais baixa. A especificao de rudo nesta escala ser ditada
largamente pela sensibilidade do dispositivo. Outros fatores como o dreno da tenso de offset
e a qualidade dos conectores de entrada, influenciam a sensibilidade. (Baptista, 2005).
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21
4.4 Rudo
Segundo Freitas et al. (2003), qualquer sinal indesejado que aparea no sinal
digitalizado de um sistema de aquisio de dados denominado rudo. Neste caso, devemos
levar em conta tanto o rudo externo como o gerado pelos prprios circuitos. Num sistema de
aquisio baseado em PC ou sistema embarcado, por se tratarem de ambientes digitais ruidosos,
a aquisio de dados tem uma construo cuidadosa em diversas camadas. Pois, colocar
simplesmente um conversor A/D, um amplificador de instrumentao e um barramento de
interface sobre uma ou duas camadas de uma placa ir resultar certamente num equipamento
ruidoso.
Os projetistas podem usar blindagem metlica sobre o dispositivo de aquisio para
ajudar a reduzir o rudo. Uma blindagem apropriada no s dever ser adicionada em torno das
partes analgicas sensveis, como ainda deve ser construda dentro das camadas do circuito
impresso terra.
Em sistemas digitais, o valor mdio da forma de onda uma tcnica bastante comum
em instrumentao para reduzir o rudo aditivo sobre o sinal, bem como para aumentar a
resoluo. Assumindo que o rudo descorrelacionado e tem mdia zero, ento se a mdia das
aquisies mltiplas realizada, a forma de onda resultante deve ter uma relao sinal-rudo
bem melhor (Frana, 1997).
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22
Captulo 5
Materiais e Mtodos
Neste captulo so apresentados todas as especificaes, assim como os componentes
necessrios para o projeto do sistema de aquisio de dados de sinais eltricos usados em
instrumentao industrial. O prottipo foi desenvolvido no Senai-PA, no centro de Educao
Profissional Getlio Vargas, em Belm e implementado no Instituto Federal do Par.
5.1 Caractersticas do Projeto
O sistema de aquisio de dados, por se tratar de um prottipo, apresenta algumas
limitaes, porm atende a inmeros tipos de processos a serem mensurados, principalmente
aqueles onde a resposta do sistema se d de forma mais lenta, como processos trmicos,
climticos, etc. Possui uma interface homem mquina para facilitar o uso por todos os tipos de
usurios e um dispositivo embarcado, gerenciado por um microcontrolador. Todos os
parmetros do coletor de dados desenvolvido esto descritos na Tabela 5.1.
Tabela 5.1 Caractersticas do sistema de aquisio de dados
CARACTERSTICAS DO SISTEMA DE AQUISIO DE DADOS
Nmero de canais 1 a 4
Resoluo 10 bits
Tempo de
Amostragem
Mnimo: 1 segundo
Mximo: 1 hora
Memria Interna de Leitura 16335 leituras por canal
IHM Display LCD 4x20 e Teclado Matricial
5.2 Arquitetura do sistema
O desenvolvimento do sistema de aquisio de dados tem uma abordagem experimental
que compreende a montagem de uma estrutura embarcada, divididos por dois mdulos. O
primeiro mdulo composto por uma placa de condicionamento de sinais. O segundo,
composto por uma placa CPU. O sistema conectado via cabo Serial/USB um computador
para que, com o auxlio de um software que funcionar como interface, possa ser feito o
descarregamento dos dados armazenados na placa CPU, gerando um arquivo .txt para posterior
anlise no PC por parte do usurio. A arquitetura do prottipo representada pela Figura 5.1.
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23
Figura 5.1: Arquitetura do sistema de aquisio de dados.
5.3 Placa de condicionamento de sinais
A primeira etapa do sistema de aquisio de dados, se trata do condicionamento dos
sinais eltricos para que o dispositivo de aquisio de dados efetue a medio de forma eficaz
e exata, visto que os sensores/transdutores encontrados no mercado atuam em diferentes faixas
de tenso ou corrente, e esses sinais eltricos, esto alm da faixa de atuao do
microcontrolador utilizado no projeto, responsvel pela digitalizao dos sinais. O circuito de
condicionamento de sinais representado pela Figura 5.2.
Figura 5.2: Circuito de condicionamento de sinal.
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24
O sinal de entrada deste circuito proveniente dos transdutores. Este circuito, representa
a funo principal da placa: compatibilizar esses sinais com o microcontrolador, que pode
receber sinais de tenso de 0 a 5 V. Cada transdutor conectado a um canal do circuito, sendo
cada canal composto por dois amplificadores operacionais na configurao seguidores de
tenso, conhecido como buffers. A funo desses amplificadores aumentar a impedncia de
entrada e fornecer um isolamento ao circuito. Aps passar pelo estgio de isolamento nos
amplificadores seguidores de tenso, o sinal passara por um amplificador diferencial. Os
resistores nesse circuito devem ter uma alta preciso, pois os amplificadores nessa configurao
tm a finalidade de limitar o ganho na sada para 0,5 conforme a Equao 5.1., portanto no
desejvel que haja uma grande diferena entre esses dispositivos, para que haja uma grande
rejeio de modo comum no amplificador diferencial.
=5
4+5 (1 +
3
2 ) (5.1)
Cada canal possui a opo de fazer a ligao de um resistor shunt de 500 ohms, caso
queira-se ler sinais de corrente eltrica. Na sada do circuito, o diodo tem finalidade de evitar
que tenses reversas no amplificador, sejam aplicadas na entrada analgica do
microprocessador.
A placa de condicionamento de sinais tem quatro canais de entrada, compostos por
circuitos amplificadores que serviro como entradas analgicas. Os sinais eltricos
padronizados apresentam os seguintes valores, visto na Tabela 5.2. Cada canal pode
receber quaisquer um dos 3 tipos de sinais analgicos em sua entrada, bastando fechar
ou abrir o contato do resistor shunt de 500, que conectado na entrada dos
amplificadores.
Tabela 5.2 Formato dos sinais analgicos padronizados
Tipo de Sinal Valor Mnimo Valor Mximo
Tenso 0 10 V
Corrente 0 20 mA
Corrente 4 20 mA
O esquema eltrico da placa de aquisio de sinais conta ainda com um borne para
conectar a fonte simtrica de 12V, capacitores funcionando como filtros passivos e um borne
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25
para conectar a placa de condicionamento com a placa do microcontrolador, conforme a Figura
5.3.
Figura 5.3: Conector da fonte e conector com a placa do microcontrolador.
O primeiro passo para a confeco da placa desenh-lo em forma de circuito impresso
como mostrado na Figura 5.4. O layout do circuito impresso foi feito utilizando o software
Altium Designer. Dessa forma, tem-se o desenho da placa de condicionamento de sinais com 4
canais de entrada.
Figura 5.4: Circuito Impresso da placa de condicionamento de sinais com 4 canais.
Com o circuito impresso na placa, necessrio afixar os componentes, soldando-os a
placa, como apresentado na Figura 5.5.
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26
Figura 5.5: Montagem do circuito da placa de condicionamento de sinais.
Como dito anteriormente, o circuito composto por quatro canais de entradas
analgicas, formadas por quatro circuitos amplificadores e alimentado por uma fonte
simtrica de 12 V. Um potencimetro foi implementado junto a placa de condicionamento de
sinais a fim de simular entradas analgicas de 0 a 10 V.
5.4 Placa CPU
O segundo mdulo que compe o sistema de aquisio de dados se trata da placa CPU.
A placa recebe esse nome pois ela responsvel por gerenciar todas as rotinas do data logger.
Isso inclui a digitalizao dos sinais analgicos, assim como o gerenciamento de todos os
perifricos do sistema.
A placa CPU possui um mdulo IHM (Interface Homem Mquina), composta por um
teclado matricial e um display LCD 4x20, para parametrizao do sistema e visualizao das
variveis fsicas, e hora em tempo real. A visualizao das horas possvel graas ao mdulo
RTC (Real Time Clock). O armazenamento das variveis feito a partir de quatro memrias
internas, uma para cada canal, embarcadas na placa. O descarregamento dessas variveis feita
em um computador atravs de um cabo serial/USB.
Neste projeto, o dispositivo responsvel por gerenciar todos os perifricos, assim como
todas as rotinas do sistema de aquisio, um microcontrolador. A integrao do mdulo RTC
e as memrias junto unidade de controle feita a partir do barramento I2C. A alimentao do
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27
microcontrolador assim como dos perifricos feita a partir do regulador de tenso LM7805.
A placa conta ainda, com um buzzer para emitir sons de aviso e uma interface ICSP para
gravaes in-circuit do microcontrolador.
O esquema eltrico dos componentes que compem a placa CPU podem ser vistos das
Figura 5.6 a 5.16.
Figura 5.6: Ligao do Microcontrolador.
Figura 5.7: Ligao do CI LM7805.
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28
Figura 5.8: Ligao do CI MAX232 e conector serial.
Figura 5.9: Ligao do CI DS1307.
Figura 5.10: Ligao do banco de memria.
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Figura 5.11: Ligao do LCD alfanumrico.
. Figura 5.12: Ligao do oscilador e boto reset.
Figura 5.13: Ligao do teclado matricial.
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30
Figura 5.14: Ligao do conector com a placa de condicionamento.
Figura 5.15: Ligao da interface ICSP para gravao in-circuit.
Figura 5.16: Ligao do buzzer
A confeco da placa CPU em forma de circuito impresso tambm foi feita utilizando o
software Altium Designer, assim tem-se o desenho da placa conforma a Figura 5.17.
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31
Figura 5.17: Circuito Impresso da placa CPU.
Assim como na placa de condicionamento, ser necessrio anexar os componentes da
placa CPU, sondando-os junto a placa, conforme a Figura 5.18.
Figura 5.18: Montagem do circuito da placa CPU.
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32
5.4.1 CIs reguladores de tenso
H uma classe de CIs disponveis que operam como reguladores de tenso. Os CIs
reguladores contm os circuitos de fonte de referncia, amplificador comparador, dispositivo
de controle, e proteo contra sobrecarga, tudo em um nico encapsulamento. Embora a
estrutura interna dos CIs seja um pouco diferente da descrita para circuitos reguladores
discretos, a operao exatamente a mesma. As unidades de CI proporcionam regulao para
uma tenso positiva fixa, tenso negativa fixa ou uma tenso ajustvel.
O CI LM7810, mostrado na Figura 5.19, foi implementado junto a placa de
condicionamento de sinais, para que, em conjunto com um potencimetro em sua sada, poder-
se simular um sinal de 0 at 10V nos canais de entrada analgica.
Figura 5.19: CI regulador de tenso LM7810.
A srie 78 de reguladores fornece tenses reguladas fixas de 5 at 24 V. A Figura 5.20
mostra como um CI desta sries, conectado para regular a tenso em + 10 V. Uma tenso de
entrada no-regulada Vi filtrada pelo capacitor C1 e alimenta o CI no terminal IN. O terminal
OUT do CI fornece + 10V regulada, que filtrada pelo capacitor C2 (empregado para atenuar
o rudo de alta frequncia). O terceiro terminal do CI conectado terra (GND). Mesmo
variando a tenso de entrada e a carga dentro de uma faixa permitida, a tenso de sada
permanece constante, ou com pequenas variaes, dentro dos limites especificados nas folhas
de especificaes.
Figura 5.20: Conexo de um regulador de tenso da famlia 78 (BOYLESTAD, 2004).
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33
5.4.2 Barramento I2C
Atualmente h no mercado uma gama de dispositivos que so gerenciados por um
barramento serial desenvolvido pela empresa Philips que conhecido como barramento I2C.
Entre estes dispositivos podemos encontrar desde simples circuitos integrados at sistemas
completos, como pode ser um sintonizador (Palacios et al., 2011). A interao entre a unidade
de controle do sistema de aquisio de dados e os demais perifricos feita utilizando este
barramento.
Um grande nmero de projetos que utilizam microcontroladores so regidos pelos
seguintes critrios:
- O sistema compreende, pelo menos, um microcontrolador e vrios dispositivos
perifricos como memrias, display LCD, conversores, etc;
- A conexo entre os diferentes dispositivos que compem o sistema deve ser fcil de
realizar;
- Estes sistemas, normalmente realizam funes que no requerem uma alta taxa de
transferncia de dados, geralmente no superior a 400 kbits por segundo;
- O sistema no deve depender dos dispositivos conectados a ele. De outro modo, no
seria possvel realizar modificaes ou melhorias.
Para implementar um sistema que satisfaa estes critrios, necessrio uma estrutura de
barramento serial, porque, embora ela no tenha a capacidade nem a velocidade de barramentos
paralelos, exige pouco do hardware e cabeamento mnimo. Este barramento serial no deve ser
simplesmente uma linha de ligao, deve incorporar uma srie de procedimentos e protocolos
para a comunicao adequada entre os componentes do sistema.
Estes critrios so baseados nas especificaes do barramento I2C para interligar
circuitos integrados ou IC (IIC, Inter Integrated Circuit Bus) desenvolvido pela Philips
Semiconductors e que so amplamente utilizados na indstria eletrnica.
O barramento I2C um barramento serial, formado por duas linhas, que podem conectar
vrios dispositivos mediante um hardware muito simples, tal como ilustra a Figura 5.21. Por
essas duas linhas feita a comunicao serial, bit a bit. So transmitidos dois sinais, uma por
cada linha:
- SCL, (Serial Clock). o sinal do relgio que se utiliza para a sincronizao dos dados.
- SDA, (Serial Data). o filamento utilizado para a transferncia de dados.
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Figura 5.21: Estrutura de um barramento I2C (adaptado de PALCIOS, 2011).
Os dispositivos conectados ao barramento I2C mantm um protocolo de comunicao
do tipo mestre/escravo. As funes do mestre e dos escravos se diferenciam em:
- O circuito mestre inicia e termina a transferncia de informao, alm de controlar o
sinal do relgio. Neste projeto, o mestre o microcontrolador PIC18f4520.
- Escravos so circuitos gerenciados pelo mestre. No sistema de aquisio de dados
projetado, os escravos so a memria e mdulo RTC (Real Time Clock).
A linha SDA bidirecional, isto , tanto o mestre quanto os escravos podem atuar como
transmissores ou receptores de dados, dependendo da funo do dispositivos. Assim por
exemplo, no sistema de aquisio de dados, o display LCD s um receptor de dados enquanto
que a memria EEPROM recebe e transmite dados.
A gerao de sinais do mdulo RTC (Real Time Clock) pela linha SCL sempre de
responsabilidade do microcontrolador.
Cada dispositivo conectado ao barramento I2C reconhecido por um nico endereo
que o diferencia dos demais dispositivos conectados.
O barramento I2C pode ser multi-mestre, isto significa que pode suportar mais que um
dispositivo capaz de controlar o barramento. Porm, como no projeto do sistema de aquisio
de dados, mais comum encontrar casos de um s mestre, como um microcontrolador.
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5.4.3 Mdulo RTC
Como um dos objetivos principais deste trabalho formar uma base de dados sobre
grandezas fsicas medias por sensores, um dos itens essenciais so a data e a hora no momento
da aquisio dos dados. Para uma maior confiabilidade na construo da base de dados optou-
se pelo circuito integrado DS1307, visto na Figura 5.22. Este circuito integrado um relgio
em tempo real RTC (Real Time Clock) com conexes a um barramento I2C. Este dispositivo
um poderoso relgio e calendrio de tempo real, que cumpre perfeitamente com as necessidades
no que tange a aquisio e registro de tempo.
Figura 5.22: Circuito integrado DS1307 (adaptado de PALCIOS, 2011).
A respectiva pinagem do dispositivo pode ser analisada na tabela 5.3.
Tabela 5.3 Pinagem do DS1307
Pino Funo
1 X1 Cristal de 32768 Hz
2 X2 Cristal de 32768 Hz
3 VBAT Bateria
4 GND Terra
5 SDA Linha de dados do barramento I2C
6 SCL Linha do relgio do barramento I2C
7 SQW/OUT Onda quadrada
8 Vcc Fonte de alimentao
O DS1307 um relgio e calendrio de tempo real que conta os segundos, minutos,
horas, dias da semana, do ms e os meses do ano, vlido at 2100. Armazena os dados no
formato BCD para que se possa trabalhar diretamente com eles e tem 56 bytes de RAM no
voltil para armazenamento de dados.
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Em seu pino SQW/OUT, fornece uma onda quadrada programvel. Sua alimentao
de 5V e em caso de falta de alimentao principal, capaz de se manter funcionando por um
tempo e armazena os dados ao ser desligado.
O ltimo dia do ms automaticamente ajustado para 28, 29, 30 ou 31, conforme os
anos bissextos e pode trabalhar no formato europeu de 24 horas ou no formato americano de 12
horas com indicador AM/PM.
5.4.4 Memria
No se pode pensar em sistema de aquisio de dados, sem pensar em um mdulo de
armazenamento de variveis. Por isso, este se torna um dos principais itens no desenvolvimento
de um projeto como esse.
A maioria dos microcontroladores da famlia PIC 18F apresenta memria EEPROM
interna, com capacidade de armazenamento de 128 ou 256 bytes. Em algumas aplicaes, a
EEPROM interna ideal para guardar parmetros de inicializao ou reter valores medidos
durante uma determinada operao de sensoriamento. Para um sistema de aquisio de dados,
necessria uma EEPROM externa em que a capacidade seja compatvel com o nmero de
sensores, com o perodo de armazenamento dos dados e a taxa de amostragem. Neste prottipo,
optou-se pelo modelo 24LC256, visto na Figura 5.23. Trata-se de memria que permite
solucionar este problema com grande simplicidade j que se trata de um chip de oito pinos e
que pode armazenar 32 kbytes de dados, uma quantidade de informaes de at 16335 leituras.
Figura 5.23: Circuito integrado 24LC256 (adaptado de PALCIOS, 2011).
A respectiva pinagem do dispositivo pode ser analisada na tabela 5.4.
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Tabela 5.4 Pinagem do 24LC256
Pino Funo
1, 2 e 3 A0, A1 e A2 Linhas de endereo
4 Vss Terra
5 SDA Linha de dados do barramento I2C
6 SCL Linha do relgio do barramento I2C
7 WP Proteo contra escritura
8 Vcc Fonte de alimentao
Esta memria tem uma capacidade de 256 kbits ou 32 kbytes, ou seja, ela est
estruturada em 32k posies de memria com um comprimento de 8 bits cada uma. Os 32
kbytes esto organizados em 128 blocos de 256 bytes cada um.
Trata-se de uma memria serial com interface I2C. Os dados so escritos e lidos em
srie atravs dos pinos SCL e SDA.
O dispositivo permite um milho de operaes de leitura e escrita e o armazenamento
de dados garantido por 200 anos.
As entradas A0, A1 e A2 permitem, se necessrio, conectar vrias memrias no mesmo
circuito. Essa caractersticas importante nesse projeto, pois, para casos especficos, a
capacidade de armazenamento desta memria pode ser insuficiente.
O circuito integrado tem ainda, um sistema de proteo contra escrituras acidentais
atravs do pino WP (Write Protection).
5.4.5 Mdulo de controle
O mdulo de controle corresponde parte lgica do dispositivo de aquisio de dados,
e neste trabalho responsvel por digitalizar e processar os sinais analgicos dos sensores.
Gerencia tambm, o funcionamento de todos os perifricos do sistema, conforme o esquema
ilustrado na Figura 5.24. Os perifricos que so gerenciados pela unidade de controle so:
mdulo IHM (Interface Homem Mquina), composto por um display LCD 4x20 e por um
teclado matricial; uma memria EEPROM e o mdulo RTC (Real Time Clock).
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Figura 5.24: Esquema do sistema de controle.
No mdulo de controle deste trabalho, foi utilizado o microcontrolador PIC18F4520,
visto na Figura 5.25. O microcontrolador PIC18F4520 um circuito integrado produzido pela
Microchip Technology inc.. Ele foi escolhido para este projeto pois possui portas analgicas
para ler os dados dos sensores, alm de possuir a comunicao serial USART, para se
comunicar com o computador, permitindo assim, o descarregamento dos dados armazenados.
Figura 5.25: Microcontrolador PIC18F4520
Possui ainda, conversor analgico/digital com uma resoluo de 10 bits para converso
em valores analgicos de tenso que variam de 0 a 5V. O micricontrolador possui somente um
conversor A/D interno, o que, a princpio permitiria fazer a leitura e converso A/D somente de
um canal por vez, o que no vivel para um coletor de dados comercial nos diais atuais, aonde
se faz necessrio a leitura de mltiplos canais. Esse problema pode ser contornado usando a
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tcnica de multiplexagem, uma tcnica comum para medir diversos sinais com um nico
equipamento de medio. O equipamento de condicionamento de sinal para sinais analgicos
geralmente utilizam essa tcnica para uso com sinais de alterao lenta como temperatura. O
conversor A/D amostra um canal, troca para o prximo, amostra, troca para o prximo, amostra
e assim sucessivamente. Por amostrar muitos canais ao mesmo tempo, a taxa de amostragem
efetiva de cada canal inversamente proporcional ao nmero de canais amostrados. A
converso A/D, assim como todo o controle da multiplexagem feita a partir de registradores
e o diagrama que representa a converso representado na Figura 5.26.
Figura 5.26: Diagrama de bloco da converso A/D (DataSheet PIC 18F4520).
Este microcontrolador trabalha com uma frequncia que vai at 48 MHz, possui 35
portas configurveis como entradas ou sadas digitais e 13 portas configurveis como entradas
analgicas. Possui quatro temporizadores de 8 e 16 bits, muito importantes na interrupo de
aes. Sua alimentao pode ser efetuada pela conexo USB ou por qualquer fonte externa,
com limites de 4,5 a 5,5 V. No projeto, foi utilizado o CI LM7805, um regulador de tenso de
5V, para alimentao do dispositivo.
A interao do microcontrolador com outros dispositivos pode ser efetuada por meio de
diversas formas e protocolos como I2C, Serial/USB ou SPI (Serial Peripheriral Interface). O
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PIC18F4520 possui uma vasta opo de ambientes para desenvolvimento de programas. Neste
projeto, as rotinas foram escritas utilizando o compilador MPLAB X IDE.
5.4.5.1 Algoritmo
O programa foi desenvolvido utilizando a plataforma MPLAB e responsvel pelas
configuraes e comandos para o funcionamento do sistema de aquisio de dados. O MPLAB
um programa que tem a funo de gerenciador, para o desenvolvimento de projetos com a
famlia PIC de microcontroladores. distribudo gratuitamente pela Microchip, fabricante dos
PICs.
O programa fonte (anexo A), ou simplesmente fonte do programa uma sequncia em
texto, escrita numa linguagem de programao que ser convertida em cdigos de mquinas
para ser gravado no PIC. Todo o cdigo desenvolvido para o coletor de dados ser em
linguagem de alto nvel, a linguagem C.
Utilizou-se nesse projeto a verso MPLAB X IDE 2.0 e para compilar os comandos da
linguagem C utilizaremos o compilador MPLAB IDE 8.91.
A Figura 5.27 mostra um Diagrama de Blocos Simplificado do firmware para o
microcontrolador PIC 18F4520.
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Figura 5.27: Diagrama de blocos do firmware do microcontrolador.
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5.4.6 Interface homem mquina
Em muitos sistemas de aquisio de dados se faz necessrio a visualizao dos dados
lidos, ou de outras informaes importantes. E a forma mais utilizada para isso mediante a
um display LCD. Neste projeto foi utilizado um display LCD 4x20 para visualizao dos
valores lidos. Em conjunto com o mdulo LCD foi utilizado um teclado matricial contendo
algarismos para configurao de parmetros pertinentes ao processo, e teclas de avano e
retorno de menus, conforme a Figura 5.28. Tanto o teclado matricial quanto o display LCD so
ligados utilizando o barramento pino a pino do microcontrolador.
Figura 5.28: Teclado matricial.
O visor de cristal lquido ou LCD (Liquid Crystal Display) tm a capacidade de exibir
qualquer caracteres alfanumrico, permitindo que informaes geradas sejam representadas
pelo equipamento eletrnico de uma maneira fcil e acessvel. No prottipo foi utilizado o
mdulo LM020L, um display LCD que conta com uma matriz de caracteres formada por quatro
linhas e vinte colunas, como visto na Figura 5.29. O processo de visualizao gerenciado pelo
microcontrolador PIC18F4520.
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Figura 5.29: Mdulo LM020L.
O fcil manejo do mdulo LM020L se mostra ideal para um dispositivo de aquisio de
dados, que demanda uma capacidade de visualizao pequena ou mdia. O mdulo trabalha
com caracteres ASCII, gregos, smbolos matemticos, entre outras tabelas de caracteres. O
deslocamento dos caracteres ocorrem para esquerda ou direita e pode-se exibir at 20 caracteres
por linha. O gerenciamento do mdulo foi feito conectando-o ao barramento de 8 bits. Este
mdulo tambm tem a opo de ser conectado ao barramento de 4 bits.
A Interface Homem Mquina (IHM) foi dividida em doze menus para facilitar a
configurao de parmetros essenciais em um sistema de aquisio de dados. Procurou-se
simplificar o mximo possvel os comandos de forma que o manuseio do dispositivo ocorra de
forma amigvel pelo usurio final. Na Figura 5.30 possvel ver cada uma das doze telas
possveis, ilustrando o funcionamento da interface.
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Figura 5.30: Sequncia das telas da IHM.
A tela inicial mostra a data e a hora. O usurio dever apertar a tecla ENT para
prosseguir na configurao dos parmetros. O primeiro menu d ao usurio trs opes: ajuste
de data, ajuste da hora e ajuste do tempo de amostragem. Tendo configurado os trs parmetros
o usurio pode dar prosseguimento prxima etapa, apertando F1. O prximo menu permite
ao usurio selecionar os canais a serem lidos. Feito isso, pode-se dar incio a coleta de dados.
No momento em que a coleta est sendo feita, mostrada no display o tempo que falta para a
coleta de dados ser concluda e os valores inteiros correspondentes a cada canal. Ao final do
processo o usurio recebe o aviso que as medies se encerraram e o display volta a apresentar
a tela inicial. Se desejado, pode-se encerrar a aquisio de dados antes do fim, bastando apertar
a tecla ESC enquanto as medies ocorrem. Por fim, o usurio dever confirmar se quer salvar
os dados coletados.
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5.5 Software do PC
O software que roda no computador foi desenvolvido com o objetivo de proporcionar
um ambiente grfico de download e visualizao dos dados que se encontram armazenados na
memria do Data Logger.
O software foi desenvolvido na linguagem C# (pronuncia-se C sharp). C# uma
linguagem simples, poderosa, com tipagem segura e orientada objetos. As vrias inovaes no
C# permitem o desenvolvimento rpido de aplicaes, mantendo a expressividade e a elegncia
do estilo de linguagem C (Microsoft Developer Network, 2013).
A plataforma utilizada para a programao do software foi o Visual Studio C#. Essa
IDE (Integrated Development Environment) oferece suporte com editor de cdigos completos,
compilador, modelos de projeto, depurador avanado e fcil de usar, entre outras ferramentas.
O software possui uma tela principal, ilustrada na Figura 5.31.
Figura 5.31: Interface grfica.
O software simples e de fcil entendimento. Primeiramente o usurio pode configurar
os parmetros da comunicao serial entre placa e computador, indo na aba configuraes.
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Em seguida, ao apertar Conectar, feita a conexo entre o coletor de dados e o computador.
Feita a conexo, aparecer a seguinte mensagem ilustrada na Figura 5.32.
Figura 5.32: Mensagem da comunicao realizada com sucesso.
Aps efetuar a conexo, o usurio deve selecionar o canal que se deseja fazer o upload
dos dados, o tipo de sinal que foi medido (mA ou Volts) e enfim, descarregar os dados contido
no banco de memria. Para isso, deve apertar Inicializar. Para desfazer a conexo, ao final do
processo, deve-se apertar em Finalizar.
Aps o processo de descarregamento de dados, gerado um arquivo .txt, conforme a
Figura 5.33. Nele, esto contido os dados armazenados pelo banco de memria referente ao
canal analgicos escolhido, assim como a data e a hora em que foram feitas as medies.
Figura 5.33: Visualizao dos dados medidos em .txt.
Esses dados podem ser exportados para outras plataformas como Windows Excel,
Matlab, entre outros, para futuras anlises.
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Captulo 6
Concluses e Propostas Futuras
Ao fazer a anlise e projetar um equipamento como esse, tudo parece um tanto quanto
simples, mas desenvolver um equipamento que procura trazer uma inovao e ser til no dia a
dia das pessoas nem sempre tarefa fcil.
Esse foi o caso do sistema de aquisio de dados desenvolvido, que concebido
inicialmente com o propsito de ser um prottipo barato e eficiente, conseguiu atingir este
objetivo.
A programao do microcontrolador para leitura dos dados analgicos, para escrever no
display LCD os menus e l os dados medidos por cada canal, assim como a comunicao com
o mdulo RTC e o banco de memria atravs do barramento I2C, foram de certa forma, simples
de ser implementado.
O sistema de aquisio de dados possui uma capacidade de memria de 16335 leituras
por canal de entrada, um bom valor para um prottipo de baixo custo. Porm cada modulo de
memria responsvel por armazenar dados somente de um canal, o que inviabiliza a utilizao
da capacidade mxima de memria do sistema quando no se utiliza os quatro canais
simultaneamente.
No foi possvel comparar o desempenho do prottipo com algum instrumento de
medida para ver a diferena de desempenho e efetuar uma possvel calibrao.
Mas no geral, todo o hardware se comportou como esperado e funcionou dentro das
expectativas para o sistema. No final do projeto, foi implementado uma tela de acrlico e
parafusos, conforme a Figura 6.1, para fixar a placa de condicionamento de sinal e CPU,
servindo como suporte e proteo.
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Figura 6.1: Resultado do projeto.
O microcontrolador PIC 18F4520, se mostrou bastante eficiente tanto do ponto de vista