Projetar um sistema de ventilação de acionamento controlado por um sensor de temperatura. Este sistema reduz, de um lado, o consumo de energia evitando que o ventilador fique ligado desnecessariamente; do outro lado, ele pode assegurar o conforto ambiental acionando o ventilado toda vez que a temperatura do ambiente ultrapasse de um valor pré-estabelecido.

1. O sistema será utilizado paa controlar a temperatura de um ambiente cuja temperatura pode variar entre 0^oC e 55^oC.
2. Por segurança, o ventilador deve ficar parado/pára quando se liga/reseta o sistema.
3. A temperatura ou o ponto de referência, a partir do qual o ventilador é acionado, deve ser configurável pelo usuário.
4. A temperatura do ambiente deve ser mostrado no visor de um display de cristal líquido e, sob demanda, o usuário pode consultar o ponto de referência setado.
5. O ventilador deve ser desligado quando a temperatura do ambiente estiver abaixo do ponto de referência.
6. Um alarme sonoro deve ser acionado se a temperatura do ambiente atingir 60^oC.

O projeto deve ser validado com uso da placa PDPHC11 e o relatório do projeto deve incluir

• a descrição funcional
• a descrição estrutural
• a documentação da implementação: a lista de material, os esquemáticos, a lista de ligações, e os códigos de programa detalhadamente documentados.
• testes realizados que demonstram que o sistema satisfaz todos os requisitos.

Neste projeto o microcontrolador se comunica com o mundo externo através de 5 periféricos (teclado, LCD, beeper, termistor NTC e ventilador DC). Segue-se uma descrição sucinta das características peculiares de cada um:

• Teclado: O teclado 3x4 é um dispositivo tipicamente de entrada, formada por uma matriz de 3 colunas (5,6,7) e 4 linhas (1,2,3,4). Ao acionar uma tecla, somente um par (linha,coluna) fica curto-circuitado.

  

  O circuito de interface deve, portanto, ser capaz de identificar a tecla acionada através da identificação do par que for curto-circuitado. Isso pode ser feito em dois estágios para evitar processamentos desnecessários:
  1. detecção da ocorrência de acionamento de alguma tecla através do sinal de interrupção /IRQ; e
  2. identificação da tecla acionada por mecanismo de polling, varrendo linha por linha, enqaunto o teclado estiver, por exemplo, no estado de interrupção.
  Além disso, os contatos de cada tecla podem oscilar entre os dois estados antes de entrar no regime estacionário: "fechado" e "aberto". Isso resulta num sinal de rápidas variações na transição entre os dois estados, no lugar de uma borda de subida ou de descida bem definida. O circuito que atenua este efeito é conhecido como um circuito de debouncer. Ele pode ser implementado por hardware ou por software.

  Uma possível forma de detectar e identificar a tecla acionada, combinando as funcionalidade de hardware e software, seria incluir no projeto um registrador de controle KEYCTRL e um registrador de estado KEYSTAT. Ambos registradores podemmser implementados com uso de latches. O registrador KEYCTRL deve ser provido de, no mínimo, 6 bits: 4 bits (L0,L1,L2,L3) para controlar o nível de tensão nas linhas, 1 bit (CI - Interrupt Clear) para limpar o pedido de interrupção, e 1 bit (EI - Interrupt Enable) para habilitar a interrupção do teclado. Este registrador deve ser um registrador de escrita. O registrador KEYSTAT, por sua vez, deve conter 4 bits: 3 bits (C0,C1,C2) para ler o estado das colunas, 1 bit para ler o estado (de interrupção) do teclado (FI - Interrupt Flag)

  Podemos mapear os dois registradores num mesmo endereço, distinguindo-os pelo sinal R//W.

  Vale observar que são ainda disponíveis no mercado circuitos de interface que integram o codificador e o debouncer dos sinais oriundos de um teclado matricial.

• LCD: Os primeiros sistemas LCD, como o display de 7 segmentos, são acionados por um sistema de acionamento estático. Hoje em dia, eles se evoluiram a tal ponto que o número de terminais requerido seria muito grande para a quantidade de segementos/eletrodos existentes. Portanto, o sistema de acionamento passou a ser dinâmico de forma que com poucos terminais consegue-se controlar, através de um conjunto de instruções, tanto "o quê" quanto "como" visualizar para um grande número de segmentos. No link pode-se encontrar a definição dos conceitos utilizados no manual de especificações técnicas do LCD AC162A, disponível no almoxarifado.
• Beeper Piezoelétrico é um dispositivo que opera a nível cc, emitindo sons agudos.
• Termistor NTC: a resistência deste dispositivo varia no sentido contrário ao da temperatura. Daí o nome Negative Temperature Coefficient.

  Os valores das resistências do NTC a ser utilizado neste projeto foram medidos pelo João Paulo Cerquinho Cajueiro na câmera climática do Laboratório de Pesquisa Magneti-Marelli da UNICAMP.

  As medidas de resistência do dispositivo podem ser "convertidas" em diferencial de tensão, V1V2 (de variação positiva), com uso de um divisor de tensão ou através de uma ponte de Wheatstone. O uso da ponte de Wheatstone tem a vantagem de fácil calibração do diferencial em zero.

  Usualmente o nível da tensão obtido é muito baixo, requerendo um amplificador para aumentar a acuidade das medidas. Para isso, pode-se utilizar um amplificador diferencial.

  

  No entanto, devemos ter o cuidado de isolar a carga equivalente da ponte de Wheatstone do amplificador diferencial para que a carga não altere o ganho do circuito. Utilizar seguidores de tensão é uma alternativa.

  

  Se o sinal de entrada for muito ruidoso, deve-se então optar preferencialmente por um amplificador de instrumentação, no lugar do amplificador diferencial, para amplificar o sinal V. Neste caso, já estão integrados os os seguidores de tensão.

  

• Ventilador DC (cooler): o sinal PWM gerado pelo microcontrolador não é suficiente para acionar o ventilador. Uma solução popular é ligar o ventilador em série com o coletor (C) de um transistor de potência (por exemplo, TIP31) e aplicar o sinal PWM na base (B) do mesmo transistor. Para eliminar os efeitos de inversão de polaridades do ventilador, recomenda-se ainda ligar um diodo retificador, como 1N4001, em paralelo com o motor.

  

  Recomenda-se o use de um circuito acoplador óptico, como 4N25 ou 4N35, para desacoplar eletricamente o pino de saída do microcontrolador do motor.

  

1. Quando sentir o cheiro de componentes queimados, desliguem imediatamente as alimentações para depois verificar a origem do cheiro.
2. Utilizem capacitores cerâmicos de 0.1 microFarad como capacitores "bypass" sempre bem próximo dos pontos de alimentaço (Vcc) dos componentes.
3. Um amplificador operacional (AmpOp) tem duas fontes de alimentação. Cuidado com a polaridade das fontes. No caso do AmpOp 741, o pino 7 deve ser ligado a Vcc e o pino 4 a -Vcc.
4. Um motor requer uma potência maior na partida (passar do estado parado para o estado de movimento). Este valor pode variar ligeiramente de um motor para o outro. Como o ventilador utilizado por cada equipe não é fixo, é interessante garantir que o sinal PWM gerado na partida seja suficiente para dar partida em todos os ventiladores disponíveis. Uma vez dada a partida, pode-se reduzir a velocidade do motor.
5. A variação da resistência de um termistor NTC em relação à temperatura não é linear. A elaboração de uma tabela lookup pode ser uma solução para determinar a temperatura medida a partir da resistência. Consulte o link sobre um procedimento de levantar os valores para a tabela.

1. sensores e transdutores; mais especificamente, os termistores.
2. ponte de Wheatstone.
3. amplificador operacional; mais especificamente, o amplificador de instrumentação
4. motores DC
5. geradores de sinais de PWM (Pulse Width Modulation ou ciclo de trabalho)
6. Ponte H: Teoria e prática (a construção de um )
7. Circuito de debouncer
8. Display de cristal líquido
9. Teclado matricial: 3x4

1. Diodos: 1N4001-1N4007
2. Transistores: BC337 e TIP31
3. Amplificadores Operacionais:LM741
4. Ampire LCD 16x2
5. Buzzer/beeper
6. 4N25

Last modified: Tue Oct 18 10:41:29 2005

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