projeto temporizador

12
1 Desenvolvimento de um Temporizador Programável Microcontrolado para Agricultura Maria Luciene de Oliveira Lucas 1 , Pedro Paulo da Cunha Machado 2 1 Granduanda 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 2 Professor 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).

Transcript of projeto temporizador

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

5

A figura 2 apresenta o fluxograma do software utilizado para o gerenciamento

do temporizador.

6

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.

10

Figura 5 - Apresenta Intervalos em Milissegundos de um Minuto, Ligado ou Desligado

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).

12

SOUZA, V. A. Programação em C para o DSPIC: Fundamentos / Vitor Amadeu

Souza. - São Paulo: Ensino Profissional, 2008, 215 p.