SENSOR DE ESTACIONAMENTOeducatec.eng.br/engenharia/Monografia de apoio/Sensor de... · Tabela 1.8...

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL

FACULDADE DE ENGENHARIA

CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

DISCIPLINA DE TRABALHO DE INTEGRAÇÃO

SENSOR DE ESTACIONAMENTO

ANDRÉ LUIS MARENGO DE MEDEIROSAUTOR

EBERSON JOSÉ THIMMIG SILVEIRAORIENTADOR

Porto Alegre, novembro de 2005.

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Dedicatória

Dedico este trabalho aos meus pais e irmãos e em especial à minha e esposa e meu filho

de coração, admiráveis em essência, humildes e exemplos de vida, estímulos que me

impulsionaram a buscar vida nova a cada dia, meus sinceros agradecimentos por terem

aceitado se privar de minha companhia pelos estudos, concedendo a mim a oportunidade de

realizar ainda mais.

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Agradecimentos

À minha esposa, meu filho, meus pais e irmãos, pelo estimulo, paciência e apoio na

superação neste desafio de cursar Engenharia Elétrica.

A equipe de professores da PUCRS e equipe de apoio (laboratórios) que souberam

transmitir seus conhecimentos e, sobretudo, sabedoria durante o curso.

Aos colegas acadêmicos, aos amigos e colegas de profissão da CP, Altus, ABB e

Johnson Controls o apoio e a complementação de conhecimento profissional e convívio social.

A todos estes que contribuíram no meu amadurecimento, pelo companheirismo, a

amizade e excelente convivência, proporcionando momentos gratificantes e construtivos e me

ajudaram para minha formação, nesta etapa da minha vida. Tenho a dizer e repetir MUITO

OBRIGADO POR TUDO.

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Resumo

Esta monografia descreve a formulação teórica, desenvolvimento, implementação,

simulação e validação da versão protótipo de um sensor de estacionamento. Desenvolvido para

aplicação automotiva, o sensor de estacionamento é um modulo eletrônico baseado em

tecnologia ultra-som, cuja finalidade é o auxílio ao condutor durante o estacionamento,

alertando-o em relação à proximidade de obstáculos.

A abrangência trabalho é teórica e prática, relativa às teorias conhecidas de ultra-som,

doopler e sonar, suas vantagens e desvantagens em relação ao projeto e suas formulações. O

desenvolvimento dar-se-á através da criação de esquemático elétrico, do lay-out da placa, e

programação. A implementação será em laboratório e inicialmente em carros de pequeno porte,

sendo instalado o sistema apenas na parte traseira, fixado na placa de identificação do veículo

através de um suporte. A validação será realizada em duas etapas, a primeira em nível de

esquemático comparando o circuito calculado, simulado com valores medidos na pratica; a

segunda etapa é validação do software através da medição do conjunto montado no veículo em

nível funcional. Por fim, será analisado criticamente o sistema protótipo demostrando seus

benefícios e suas deficiências, e na conclusão serão apresentadas possíveis soluções para

deficiência, buscando a melhoria contínua do produto.

O objetivo é a aprovação da concepção geral do produto com a tecnologia. Este produto

pertencerá ao portfólio da Johnson Controls, logo as rotinas do programa e valores de

componentes do esquemático serão ocultados, devido à política de segurança da Empresa.

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Sumário

1. Introdução..............................................................................................................................101.1. Tecnologias .......................................................................................................................10

1.1.1. Infravermelho ............................................................................................................111.1.2. Efeito Capacitivo.......................................................................................................111.1.3. Efeito de campo.........................................................................................................121.1.4. Microondas................................................................................................................131.1.5. Ultra-som...................................................................................................................13

1.2. Análise e comparativo das tecnologias .............................................................................141.2.1. Critérios.....................................................................................................................141.2.2. Instalação...................................................................................................................141.2.3. Funcionamento ..........................................................................................................151.2.4. Detecção Objetos.......................................................................................................161.2.5. Influência Climática ..................................................................................................161.2.6. Interferência Eletromagnética ...................................................................................171.2.7. Custo..........................................................................................................................171.2.8. Tempo de desenvolvimento ......................................................................................181.2.9. Comparativos das tecnologias ...................................................................................181.2.10. Análise conclusiva.....................................................................................................19

2. Desenvolvimento do Sensor Estacionamento .......................................................................212.1. Sensor Ultra-som...............................................................................................................22

2.1.1. Princípio de Operação ...............................................................................................222.1.2. Construção do sensor ................................................................................................222.1.3. Especificação Elétrica Sensor ...................................................................................242.1.4. Efeito Doppler ...........................................................................................................262.1.5. Efeito Pulse Burst (Sonar).........................................................................................282.1.6. Análise do Método Medição .....................................................................................29

2.2. Sistema ..............................................................................................................................302.2.1. Sistema monitoração .................................................................................................302.2.2. Sistema monitoração versátil ....................................................................................312.2.3. Sistema de monitoração alternativo ..........................................................................312.2.4. Características de transmissão e recepção................................................................312.2.5. Funcionalidade ..........................................................................................................322.2.6. Especificação do sistema...........................................................................................32

2.3. Hardware ...........................................................................................................................332.3.1. Diagrama Elétrico .....................................................................................................332.3.2. Cálculo dos circuitos amplificadores ........................................................................382.3.3. Placa circuito impresso..............................................................................................44

2.4. Software ............................................................................................................................512.4.1. Fluxograma................................................................................................................512.4.2. Programa e o funcionamento.....................................................................................532.4.3. Cálculo distância .......................................................................................................542.4.4. Variáveis de configuração do programa....................................................................55

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2.5. Validação...........................................................................................................................562.5.1. Instalação...................................................................................................................562.5.2. Testes e simulações do Hardware .............................................................................58

3. Resultados .............................................................................................................................593.1. Instalação...........................................................................................................................59

3.1.1. Região atuação vertical; ............................................................................................673.1.2. Região atuação horizontal; ........................................................................................683.1.3. Instalação do suporte e cabos; ...................................................................................683.1.4. Fixação mecânica do modulo e acessórios................................................................68

3.2. Hardware e Software.........................................................................................................693.2.1. Circuito de Recepção ................................................................................................693.2.2. Circuito de Transmissão............................................................................................693.2.3. Software ....................................................................................................................69

4. Conclusões ............................................................................................................................704.1. Instalação:..........................................................................................................................70

4.1.1. Posição dos sensores .................................................................................................704.1.2. Instalação do suporte e cabos; ...................................................................................714.1.3. Fixação mecânica do modulo e acessórios................................................................71

4.2. Análise Hardware..............................................................................................................714.2.1. Circuito de recepção:.................................................................................................714.2.2. Circuito de Transmissão............................................................................................724.2.3. Projeto .......................................................................................................................74

4.3. Software: ...........................................................................................................................744.4. Validação...........................................................................................................................74

5. Referências Bibliográficas ....................................................................................................76

Anexos

Anexo 1 – Programa em Assembler (3 pág. ).Anexo 2 – Simulação do circuito Receptor de 40kHz (12 pág.).Anexo 3 – Resultados das medidas das distâncias (5 pág.).Anexo 4 – Simulação do circuito do transmissor com trafo de pulso (6 pág.).Anexo 5 – Simulação do circuito do transmissor sem trafo de pulso (8 pág.).Anexo 6 – Esquemático completo – SE9000 (2 pág.).Anexo 7 – Resultados das medidas dos circuitos TX e RX.(6 pág.).

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Lista de Figuras

Figura 1.1 – Diagrama de aplicação CI33794

Figura 2.1– Transmissão e recepção de ultra-som

Figura 2.2 – Tipo de sensores ultra-som

Figura 2.3 – Circuito equivalente da cápsula.

Figura 2.4 – Formulário filtro

Figura 2.5 – Reflexão da onda do sensor ultra-som

Figura 2.6 – Emissão do sinal 40kHz e resposta do eco

Figura 2.7 – Sensores instalado na traseira do veículo

Figura 2.8 – Diagrama de bloco do sistema

Figura 2.9 – Diagrama bloco com 2 sensores

Figura 2.10 – Fonte alimentação 5V e 12V

Figura 2.11 – Circuito Transmissão

Figura 2.12 – Circuito recepção

Figura 2.13 – Circuito da Interface IHM Visual e Sonora

Figura 2.14 – Microcontrolador PIC16F

Figura 2.15 – Amplificador Emissor comum

Figura 2.16 – Ponte H de transistor

Figura 2.17 – Protótipo em placa padrão

Figura 2.18 – Segundo Protótipo em placa padrão.

Figura 2.19 – Terceiro Protótipo em placa circuito impresso.

Figura 2.20 – PCI lado dos componentes

Figura 2.21 – PCI lado da solda

Figura 2.22 – PCI mascara de componentes

Figura 2.23 – Fluxograma do Software

Figura 2.24 – Instalação dos sensores na placa do veículo.

Figura 2.25 – Ângulo dos sensores na placa do veículo.

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Figura 3.1 – Posição dos sensores instalada para teste funcional

Figura 3.2 – Teste funcional entre veículos

Figura 3.3 – Teste funcional entre veículo e poste plástico

Figura 3.4 – Teste funcional entre veículo e cone baixo

Figura 3.5 – Região de detecção objetos vertical

Figura 3.6 – Região de detecção objetos horizontal

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Lista de Tabelas

Tabela 1.1 – Comparação tecnologia – Instalação

Tabela 1.2 – Comparação tecnologia – Funcionamento

Tabela 1.3 – Comparação tecnologia – Detecção Objetos

Tabela 1.4 – Comparação tecnologia – Influência Climática

Tabela 1.5 – Comparação tecnologia – Interferência Eletromagnética

Tabela 1.6 – Comparação custo

Tabela 1.7 – Comparação tecnologia – Tempo de Desenvolvimento

Tabela 1.8 – Comparação tecnologia – Final

Tabela 3.1 – Medidas distância entre veículos

Tabela 3.2 – Medidas distância entre veículo e poste plástico com 0°.

Tabela 3.3 – Medidas distância entre veículo e poste plástico com 60°


Tabela 3.5 – Medidas distância entre veículo e cone baixo com 0°.



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1. Introdução

A presente monografia estabelece em sua primeira etapa a análise das tecnologias

pesquisadas e descreve sumariamente os princípios de funcionamento que faz as premissas do

trabalho, desenvolvido na disciplina de estágio e conclusão da tecnologia que será aplicada após

a comparação com outras.

O tema principal do trabalho é o desenvolvimento do sensor de estacionamento com

tecnologia ultra-som. O trabalho está Dividido em etapas de desenvolvimento de hardware,

software e teste de validações; o sensor é destinado a veículos de pequeno, médio e grande porte;

sua abrangência é a região traseira, não sendo contemplada a região frontal dos veículos.

Funciona com acionamento da engrenagem da marcha ré e disponibiliza ao condutor versões

com informações sonora e/ou visual. Ao longo do relatório serão descritas cada uma destas

etapas e seus resultados.

Como todo desenvolvimento de produto, monta-se o ideal de um projeto (características

e utilização) com o esboço do produto, análise de falhas e custos, realizam-se simulações e

montagem de protótipo. Após a montagem, entra-se num processo de tentativa e erro, quando já

foi construído um protótipo, e dependendo do nível de problemas que ocorre pode-se realizar

algumas rodadas de protótipos. Nesse caso será considerado que esse projeto é a segunda rodada

de protótipos, que é funcional e apresenta oportunidades de melhorias.

1.1. Tecnologias

Neste capitulo serão apresentadas as tecnologias pesquisadas, suas vantagens e

desvantagens, a análise conclusiva reportando o porquê da escolha da tecnologia de ultra-som

para o sensor de estacionamento. Outra tecnologia selecionada foi a de infravermelho, efeito

capacitivo, efeito de campo e microondas. Para essa escolha foram estabelecidos os seguintes

critérios para a análise: instalação, funcionamento, detecção de objetos, influências climáticas,

interferência eletromagnética, custos e tempo de desenvolvimento.

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Nos próximos tópicos serão descritas uma sinopse cada tecnologia.

1.1.1. Infravermelho

A análise da utilização do sensor de infravermelho foi baseada no sensor da Sharp part

number GP02Y0D02YK. O sensor apresenta o princípio de funcionamento na reflexão de um

sinal ótico, e este é emitido através de um led no comprimento de onda na faixa vermelha do

espectro (560µm) e recebido por um transistor ótico, que resulta na monitoração do tempo de

resposta. O facho de luz é emitido direcionalmente com um ângulo restringido pelo sensor ótico

ficando sua abrangência na região traseira do veículo. O sensor depois de ligado emite pulsos em

um intervalo pré-definido pelo fabricante, ou seja, sua área de atuação já está definida pelo

componente. O produto necessita apenas de um microcontrolador de pequeno porte para realizar

o cálculo da distância, pois e sensor disponibiliza a informação de tempo. A instalação ocorreria

com furação do pára-choque traseiro.

Na sua funcionalidade em relação ao meio, caso ocorra obstrução do facho, é

considerado que não há objetos na área de abrangência, configurando uma deficiência da

tecnologia aplicada. Outro ponto de deficiência ocasionada pela utilização do infravermelho é a

reflexão do facho de luz em objetos de cor, como as cor preta. Mais informações no site do

fabricante http://www.sharpsma.com .

1.1.2. Efeito Capacitivo

Para a tecnologia de efeito capacitivo utiliza-se o princípio da variação da capacitância

entre duas placas ou terra. Para a utilização desta tecnologia foi selecionado o circuito integrado

da Freescale, cuja aplicação é o acionamento de AIR BAG, sendo que este chip tem a função de

monitorar o volume de uma região, podendo ainda ser adaptado para o sensor de estacionamento.

A idéia é colocar uma placa metálica colada ao pará-choque do veículo e monitorar esta variação

entre placa e o terra através do nível de tensão sobre um capacitor. Qualquer objeto que ficar nas

imediações da placa e do terra (chão) será detectado, pois ocorrerão alterações no dielétrico e, e

assim pode ser definida a distância pela variação da capacitância.

O Circuito Integrado 33794 é usado para detectar objetos usando um campo elétrico. O

CI gera uma onda senoidal da freqüência de rádio um resistor externo ajusta a freqüência em 125

kHz e emite uma onda senoidal sobre a ”antena”. A leitura se dá através dos próprios eletroldos

(antenas), sendo que para sensor de estacionamento seria colocado um ou mais eletroldo no pára-

http://www.sharpsma.com/

12

choque e o circuito integrado iria monitorar as variações da capacitância e informar através de

uma saída analógica de 8 bit’s ao processador. O monitoramento da distância dos objetos

depende de alguns fatores, tais como tamanho, quantidade e formato dos eletroldos, instalação

interna ou externa no pára-choque. Importante também é a forma do programa e em quantas

faixas serão dividos os 8 bits da saída do circuito integrado. A figura 1.1 mostra o diagrama de

aplicação do CI com processador.

Figura 1.1 – Diagrama de aplicação CI33794

A sensibilidade e a maior dificuldade de desenvolvimento é na definição do eletroldo. A

instalação não apresenta maiores dificuldades, porém o funcionamento é delicado em relação à

temperatura, alternâncias climáticas e interferências eletromagnéticas. Essas dificuldades

refletem pela característica de “antena” instalada no pára-choque e seu funcionamento básico é

pela variação de campo elétrico. Um bom estudo de antenas e imunidade a ruídos pode ser uma

boa alternativa. Mais informações sobre o circuito integrado no site do fabricante

http://www.freescale.com .

1.1.3. Efeito de campo

Tecnologia baseada no efeito de campo com a medição da variação do campo magnético,

ou seja, através da variação da fase. A construção do circuito elétrico pode ser realizada através

de componentes ativos (transistor portas lógicas), circuitos integrados PLL ou por circuitos

dedicados, como o do fabricante Quantum. O funcionamento do sistema é baseado em uma

“antena” colada junto ao pára-choque, e esta “antena” apresenta um campo magnético cuja

variação se dá com a aproximação de objetos na região detectada. O veículo se desloca ao

http://www.freescale.com/

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encontro do objeto, ocasionando uma variação campo, utilizando princípio de Doopler, e a partir

desta variação obtém-se a distância. A dificuldade é quando ambos, veículo e objetos, estão

parados, logo não há variação e não há distância. As mesmas recomendações sobre a “antena” da

tecnologia de efeito capacitivo são válidas para esta. A abrangência do sinal é em volta da antena

colada ao pára-choque, e a instalação pode ser realizada interna ou externamente, depende do

veículo e da sensibilidade do sinal recebido.

1.1.4. Microondas

O sistema de microondas é construído a partir de uma antena vertical com emissão de um

sinal na faixa de GHz, com raio de 360°. Para o sistema de estacionamento, a instalação é

realizada em um ponto simétrico na traseira interna do veículo . A massa metálica que se

apresenta em volta desta antena deve ser mapeada numa espécie de calibração do sistema, pois a

mesma não deve interferir na detecção de objetos.

O funcionamento é executado em uma onda na faixa de GHz , que emite um sinal e

aguarda um eco na mesma freqüência, idem ao funcionamento de um radar, porém com

abrangência do sinal maior e com base no princípio sonar (eco). O princípio sonar emite um sinal

e recebe, os ecos, que rebatem nos objetos que estão próximo e retornam. Com as diferença de

tempo, o processador realiza o cálculo e define a posição do objeto em relação ao veículo.

A vantagem é poder detectar objetos nas laterais próximo à traseira.

1.1.5. Ultra-som

A utilização do ultra-som para sensor de estacionamento se dá através de cápsulas que

são excitadas por uma freqüência de 40kHz. Baseado no princípio do pulso eco (sonar), emite

sinal e recebe os ecos refletidos dos objetos nas mesmas cápsulas. O faixo é direcional com um

ângulo horizontal e vertical distintos, abrangência conforme o número de cápsulas e aberturas de

ângulos. A instalação é a fixação das cápsulas no pára-choque ou acessórios e deve-se manter a

fase onde emite e recebe, das cápsulas, expostas para não obstruir ou atenuar o sinal. Circuito

elétrico é composto por transmissor e receptor sintonizado em 40kHz, o calculo é realizado pela

diferença de tempo da emissão para recepção do sinal calculado pelo processador.

Tecnologia de ultra-som está melhor detalhada no item 2.1 Sensor Ultra-som.

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1.2. Análise e comparativo das tecnologias

Como foi visto uma sinopse de cada tecnologia pesquisada, realizou-se uma análise onde

foi estabelecido o critério de “pontuação” para cada item mencionado abaixo, e estes terão uma

relação entre todas tecnologias informada no tópico 1.1, observando que a avaliação sempre será

dada em relação ao uso e aplicação do sensor de estacionamento.

1.2.1. Critérios

Utilizando um critério de ótimo, bom, ruim e péssimo, serão classificados cada tipo de

item de acordo com a tecnologia, comentando pontos fracos e fortes.

Definição dos critérios;

Ótimo: Necessidades atendidas;

Bom: Atende mas necessita de melhorias;

Ruim: Tem problemas graves mas podem ser contornados;

Péssimo: Poucas possibilidades de atendimento.

1.2.2. Instalação

Instalação é um item que deve ter característica de fácil compreensão para instalador e

que deva ser de fácil conexão (ligação). Tempo de instalação deve ser baixo e que não agride a

integridade do veículo.

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Tecnologia Critério Observações

Infravermelho Ruim Sensores não podem ter nenhum tipo de obstrução e que

tenha posição garantida e com sua orientação observada.

Tem a necessidade da furação do para choque.

Efeito Capacitivo Bom Fita metálica adesiva que necessita ser colada por dentro ou

por fora do pára-choque. Colagem no para choque

internamente, pode haver problemas quanto à espessura do

para choque ou aderência da cola. Externamente pode haver

problemas estéticos.

Efeito de Campo Bom Segue as mesmas recomendações do Efeito capacitivo

Microondas Bom Colagem no pára-choque internamente, ou pode ter outro

tipo de fixação mecânica mais rígida.

Ultra-som Ruim Segue as mesmas recomendações do infravermelho.

Tabela 1.1 – Comparação tecnologia – Instalação

1.2.3. Funcionamento

Define funcionamento do circuito quanto a robustez e domínio da tecnologia. O princípio

de funcionamento deve atender critério de medida de distância e posicionamento em relação a

objetos de vários formatos e tamanho.


Infravermelho Bom Sistema consegue realizar a medida da distância e

posicionamento de objetos.

Efeito Capacitivo Ruim Sistema adaptado para medida e posicionamento de objetos.

Requer estudo de formatos de antena e circuito de medição.

Efeito de Campo Ruim Segue as mesmas recomendações do Efeito capacitivo

Microondas Bom Sistema consegue realizar a medida da distância e


Ultra-som Bom Sistema consegue realizar a medida da distância e


Tabela 1.2 – Comparação tecnologia – Funcionamento

16

1.2.4. Detecção Objetos

É característica dos sensores detectar objetos na condição de observar tamanho, formato,

cores e distância do objeto ao emissor/receptor.


Infravermelho Péssimo Detecção de objetos com falta de cores (preta)

Efeito Capacitivo Ruim Há dificuldades na detecção de materiais plásticos e de pequeno

porte.


Microondas Bom Detecção de objetos boa, depende mais da posição do

transmissor e receptor

Ultra-som Bom Detecção de objeto boa, depende mais da posição dos sensores.

Tabela 1.3 – Comparação tecnologia – Detecção Objetos

1.2.5. Influência Climática

Influência climática qualifica-se o quanto o produto é imune à variação e conseqüência

gerada pelo clima.


Infravermelho Ruim Principal influência é umidade, chuva e conseqüências (barro –

obstrução facho de luz) rendimento decai bastante.

Efeito Capacitivo Ruim Influencia de chuva e umidade altera a capacitância da antena,

tendo variações bruscas no funcionamento do sistema, sendo

medidas não reais e redução na distância de detecção


Microondas Bom Não apresenta variações bruscas no sistema.

Ultra-som Bom Não apresenta variações bruscas no sistema, apenas com

conseqüência (por exemplo obstrução do sensor – barro).

Tabela 1.4 – Comparação tecnologia – Influência Climática

17

1.2.6. Interferência Eletromagnética

É quanto apresenta variações a interferência eletromagnética no funcionamento do

sistema.


Infravermelho Bom Circuito de fácil sintonia, probabilidade de imunidade são

grande. Depende diretamente da construção do circuito.

Efeito Capacitivo Ruim Devido ao fato de princípio de funcionamento ser uma antena

capacitiva qualquer tipo de interferência apresenta influencia na

capacitância (harmônicos da freqüência original)

Efeito de Campo Ruim Devido de seu funcionamento ser variação do campo elétrico a

interferência apresenta-se relevante.

Microondas Bom Depende diretamente do circuito utilizado, se bem construído

não há possibilidade de problemas

Ultra-som Bom Circuito de fácil sintonia, probabilidade de imunidade são

grande. Depende diretamente da construção do circuito.

Tabela 1.5 – Comparação tecnologia – Interferência Eletromagnética

1.2.7. Custo

Sistema deve apresentar custo competitivo no mercado e de baixo investimento no

projeto.


Infravermelho Bom Circuito relativamente simples e de custo mediano.

Efeito Capacitivo Ruim Necessita de eletrônica de precisão e circuitos dedicados.

Relativamente alto custo


Microondas Péssimo Necessita de eletrônica de precisão e circuitos dedicados. Custo

alto

Ultra-som Bom Circuito relativamente simples e de custo mediano.

Tabela 1.6 – Comparação custo

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1.2.8. Tempo de desenvolvimento

Tempo de desenvolvimento esta relacionado à disposição da tecnologia no mercado, o

domínio da tecnologia para execução e implementação do projeto, bem como recursos

financeiros e humano disponíveis. Neste caso, como é um trabalho conclusão, deve ter um

cuidado maior na avaliação deste item, pelo fato de ter um semestre para desenvolvimento do

trabalho.


Infravermelho Bom Existe eletrônica pré-pronta tempo de desenvolvimento

baixo

Efeito Capacitivo Ruim Necessita tempo de pesquisa para corrigir deficiências.

Tempo de desenvolvimento alto.


Microondas Ruim Necessita tempo para adequação do sistema de radar para

medição de distância. Tempo de desenvolvimento alto.

Ultra-som Bom Sistema pode ser implementado relativamente simples.

Tempo de desenvolvimento baixo.

Tabela 1.7 – Comparação tecnologia – Tempo de Desenvolvimento

1.2.9. Comparativos das tecnologias

Resumindo, em uma tabela de comparação, apresentamos as tecnologias versus os

critérios .

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Tecnologia Infravermelho Efeito

Capacitivo

Efeito de

Campo

Microondas Ultra-som

Instalação Ruim Bom Bom Bom Ruim

Funcionamento Bom Ruim Ruim Bom Bom

Detecção Objetos Péssimo Ruim Ruim Bom Bom

Influência Climática Ruim Ruim Ruim Bom Bom

Interferência

Eletromagnética

Bom Ruim Ruim Bom Bom

Custo Bom Ruim Ruim Péssimo Bom

Tempo de

Desenvolvimento

Bom Ruim Ruim Ruim Bom

Tabela 1.8 – Comparação tecnologia – Final

1.2.10. Análise conclusiva

Para a definição da tecnologia, serão analisados os pontos fortes de cada tecnologia. Para

uma simplificação serão relacionados por item em relação ao seu critério, os que tiverem

conceito bom e ótimo serão destacado, por ventura serão comentados os itens ruim e péssimo:

Instalação: Melhor performance é da tecnologia de Microondas, porém devem ser

observados a tecnologia de Efeito de Campo e efeito capacitivo, cujos problemas são

perfeitamente contornáveis.

Funcionamento: neste critério as tecnologias de Infravermelho, Microondas e Ultra-som

atendem ao requisito.

Detecção Objetos: Neste critério as tecnologias de microondas e ultra-som têm os

melhores desempenhos.

Influência Climática: Neste critério as tecnologias de microondas e ultra-som

apresentam os melhores desempenhos.

Interferência Eletromagnética: Neste critério as tecnologias de Infravermelho,

microondas e ultra-som têm os melhores desempenhos.

Custo: Neste critério as tecnologias de infravermelho e ultra-som têm os menores custos

de implementação e produção.

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Tempo de desenvolvimento: Neste critério as tecnologias de infravermelho e ultra-som

têm o menor tempo de desenvolvimento.

A partir dessa análise verifica-se que o sistema de micro ondas em desempenho funcional

é o melhor, no entanto nos requisitos custos e tempo de desenvolvimento apresenta desvantagem

para implementação do sistema. Contudo a tecnologia de ultra-som, que apresenta dificuldades

de instalação, é a mais apropriada para implementação.

Análise do conceito geral por um critério de pontuação, conforme Tabela 1.8

(Comparação tecnologia – Final) define-se que o conceito terá uma pontuação de 0 a 10:

Ótimo = 10

Bom = 7

Ruim = 4

Péssimo = 2

Teremos as tecnologias

Infravermelho = 4 + 7 + 2 + 4 + 7 + 7 + 7= 38 Média = 5,4 Conceito Ruim +

Efeito Capacitivo = 7 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4= 31 Média = 4,2 - Conceito Ruim

Efeito Campo = 7 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4= 31 Média = 4,2 - Conceito Ruim

Microondas = 7 + 7 + 7 + 7 + 7 + 2 + 4 = 41 Média = 5,8 – Conceito Bom –

Ultra Som = 4 + 7 + 7 + 7 + 7 + 7 + 7 = 46 Média = 6,6 – Conceito Bom

Analisando pela média, a melhor tecnologia é Ultra-som.

Para o projeto de sensor de estacionamento será utilizada a tecnologia de ultra-som, pois

é a mais adequada para o quadro atual.

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2. Desenvolvimento do SensorEstacionamento

O sistema de estacionamento consiste em sensores captadores, que emitem ultra-sons, e

recebem um pulso eco. Após receber o pulso eco, o processador calcula a distância e a posição

do objeto do veículo, modula o sinal elétrico e o transmite ao sistema de alarme, que alerta o

motorista em três faixas de distâncias. Para a montagem são posicionados dois sensores, na

mesma altura, com alcance de até 90cm da traseira do veículo. Entretanto, a forma e a espessura

do objeto afetam essa distância.

À medida em que a distância entre o carro e o objeto (ou outro veículo) diminui, o alerta

sonoro se torna mais freqüente, até tornar-se contínuo, quando o veículo chega a poucos

centímetros do objeto. O sistema é ativado automaticamente sempre que a marcha a ré é

engatada. Portanto, não atua caso o veículo se mova para trás em ponto-morto ou pela ação da

embreagem, nem indica a aproximação de uma veículo ou objeto móvel pela traseira. Ainda a

freqüência de 40kHz do ultra-som não perturba os animais.

Primeiramente é necessário entender melhor o sensor de ultra-som com seu princípio de

operação e construção. Com a assimilação destes tópicos, será exposto e definido o princípio

que será aplicado, Doopler ou Sonar (pulso eco). No segundo momento será conhecido o sistema

do sensor de estacionamento na forma que será implementado e sua especificação. A partir

destes dados inicia-se a criação do hardware que contém sub etapas de esquemático, simulações,

placa de circuito impresso e montagem, seguido simultaneamente da construção do fluxograma

do software, bem como a escrita do código.

Encerra-se com os testes de validação do produto e da instalação, ponto fraco na análise

da tecnologia. Entretanto, será realizada uma análise critica do projeto destacando os pontos

fortes e os pontos que apresentam oportunidades de melhoria.

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2.1. Sensor Ultra-som

2.1.1. Princípio de Operação

Sensores ultra-sônicos são elementos piezo cerâmicos que se propagam ou recebem

ultra-som no ar numa faixa de freqüência acima 20kHz, que não são perceptíveis pelo ouvido

humano. Têm a aplicação para medida e comunicações e podem oferecer uma gama grande de

produtos padrão ou otimizar soluções para suas exigências específicas.

O elemento piezoelectric, quando excitado por uma fonte de tensão alternada na sua

freqüência de ressonância, deforma o elemento mecânico proporcionalmente à tensão aplicada e

gera um campo de vibrações sonoras. Inversamente, um elemento sujeitado a um campo de

vibrações sonoras na freqüência de ressonância gerará uma tensão proporcional à sua

intensidade. O efeito pode ser realçado colando o elemento a um diafragma no metal.

Figura 2.1– Transmissão e recepção de ultra-som

2.1.2. Construção do sensor

Os sensores ultra-som apresentam-se em encapsulamentos separados, um para

transmissão e outro para recepção, porém em casos especiais são utilizados os sensores com RX

e TX no mesmo encapsulamento que foram desenvolvidos para os sistemas de estacionamento.

Para tanto, facilita a instalação no chassis ou no pára-choque. Assim permitem a integração dos

circuitos dos sensores e processamento, tornando-o mais compacto de modo que aumente a

precisão e a confiabilidade para esta aplicação. Contudo, há uma redução no custo requerido para

a fiação. Os sensores ultra-sônicos são apropriados para o uso das escalas da detecção ao

máximo de 5 m.

23

A construção interna do sensor está em forma de carcaça de alumínio com uma

“bolacha” piezoeléctrica como o gerador e o receptor de ondas, como todos os circuitos

eletrônicos para a geração das ondas ultra-sônicas e recepção das ondas refletidas. Os níveis

transmitidos correspondem à tensão aplicada no circuito e consequentemente não sensível ao

distúrbio, de modo que seja desnecessário um circuito mais elaborado para informação ao

modulo de processamento.

Existem dois tipos básicos de construção de sensor: o tipo Open Aperture e o tipo Drip

proof:

Open Aperture:

Construído para altas pressões sonoras, sensor de alta sensibilidade com construção tipo

cone radial uniforme. O open aperture é especialmente para a aplicação do meio no ar. O tipo

que é utilizado para baixa reflexão e também para emissão de pulso. As freqüências centrais

padrões são 25, 32, 40, 50 (kHz)

Drip Proof Type

Esse modelo tem um invólucro para instalação externa protegida de poeira e água.

Existem sensores com carcaça metálica ou plástica, e ambos são preparados para condições

ambientais severas.

Figura 2.2 – Tipo de sensores ultra-som

24

2.1.3. Especificação Elétrica Sensor

Os fabricantes selecionados abaixo apresentam algumas características importantes:

Murata

Freqüência nominal: 40kHz ±2kHz

Sensibilidade: -85dB min.

Pressão do Som: 103dB min.

Directividade: 100° x 50°

Capacitância: 4000pF ±20%

Resolução: 9mm

Distância : 0.2m ~ 1.5m

Tensão aplicação máxima: 160Vp-p até 40kHz com pulso de 0,8ms num intervalo de

60ms

Temperatura operação: -30°C to +85°C

Nicera


Directividade: 110° x 50°

Sensibilidade: >1mVpp.


Cb=C0=1650pF

L1=L=110mH

Ca=C1=150pF

R1=R= 1700Ω

Sinocera


Capacitância: 2000pF ±20%


Pressão do Som: 100dB/10Vrms/50cm.

Sensibilidade: -75dB min.

25

Circuito Equivalente

Para a representação da cápsula de ultra-som pode-se usar um circuito equivalente

passivo com um resistor, um indutor e um capacitor, todos em série. Para finalizar utiliza-se um

segundo capacitor em paralelo com o RLC.

Figura 2.3 – Circuito equivalente da cápsula.

Normalmente o fabricante disponibiliza o valor da capacitância free, que é o somatório

do capacitor que está em paralelo com o que está em serie.

Calculo da banda:

Exemplo de calculo para sensor da Nicera com PN: PC40S-15

Figura 2.4 – Formulário filtro

fs= 1/ 2π√110m x 150p = 39181,23

26

fp= 1/ 2π√110m x ((150p*1650p)/(150p+1650p)) = 40923,46

Banda é de : 1742,23Hz

2.1.4. Efeito Doppler

O efeito de Doppler é uma mudança na freqüência de uma onda (som, luz, ou outras

ondas) que ocorre sempre que um movimento relativo exista entre a fonte e um detetor. Este

efeito faz jus ao nome do físico Austríaco Johann Christian Doppler, que foi primeiro a indicar o

princípio físico em 1842. Um exemplo deste fenômeno, é a mudança de passo (freqüência) de

um trem, que pode ser ouvido por um observador que escuta o apito de um trem se aproximando

(ou recebendo). Neste caso, o princípio de Doppler explica o porquê do efeito: se a fonte (que

emite um som constante) estiver se movendo para o observador, o som parece ser mais alto ,

visto que, se a fonte estiver se afastando o som parece mais baixo. Assim, o som percebido pelo

ouvinte é diferente comparado à freqüência do som emissor, que é descrito pela fórmula:

onde:f ' é a freqüência do efeito de doppler,

f é a freqüência da onda emissora,

vs é a velocidade de som,

v é a velocidade da fonte e

vD é a velocidade do detetor

Outra aplicação interessante é do deslocamento das linhas espectrais de um corpo

luminoso (tais como uma estrela), que se desloca similarmente para o violeta (se a distância entre

a estrela e a Terra está diminuindo) ou para o vermelho (se a distância está aumentando).

Medindo este deslocamento, o movimento relativo da Terra e a estrela pode ser calculado.

Se o objeto estiver se deslocando na velocidade V, o comprimento de onda do sinal

sonoro (refletido) recebido (rx) será diferente daquele sinal transmitido (tx) (efeito de Doppler).

O seguinte relacionamento pode ser deduzido:

27

Aproximando-se do objeto (EQ1)krx = C * ktx (C+V)

O objeto que recua (EQ2)

krx= C * ktx (C-V)

onde:

k = Comprimento da onda

C = velocidade de som

V = velocidade do objeto

Freqüência = 1/(período de tempo)

freqüência = velocidade de som/comprimento onda,

Assim, a equação pode ser rescrita a partir de EQ1 e EQ2 para V nos termos da

freqüência. Então: V = C * (Frx/Ftx - 1) objeto se aproxima V = C * (1 - Frx/Ftx) objeto que

recua, sendo que F e freqüência de centro.

Para uma melhor medição da diferença do tempo, deve-se usar um microcontrolador,

que, através das portas analógicas apresenta maior precisão para medição da freqüência. Desde

que a freqüência de uma onda senoidal possa ser expressa nos termos dos períodos de tempo

entre os picos da onda, (F = 1/T), o relacionamento acima pode ser expresso nos termos do

tempo em vez da freqüência, assim: V = C * (Ttx/Trx - 1) o objeto se aproxima V = C * (1 -

Ttx/Trx) e objeto que recua no período de T (tempo entre a pico de onda), C (velocidade de som)

e V (velocidade do objeto).

Figura 2.5 – Reflexão da onda do sensor ultra-som

28

2.1.5. Efeito Pulse Burst (Sonar)

O sistema opera usando o princípio depth sounding (profundidade soando) do eco,

podendo ser chamado também de Pulso eco. Os sensores são excitados periodicamente, em

seqüência, e transmitem então os sinais de ultra-som. Os sensores são ativados pelo sinal

recebido da reflexão do obstáculo. Para o cálculo da posição do objeto em relação ao veículo, é

medido o tempo da emissão do sinal até o mesmo ser refletido no objeto e retornar ao sensor.

Por exemplo, com a emissão de um trem de pulsos de 40kHz por um período de 10

ciclos, onde a amplitude da onda refletida é diretamente proporcional a quanto de superfície está

disponível no objeto para a reflexão aderente. O tamanho, a forma e a orientação de superfície,

são fatores principais que contribuem para a força do sinal refletido, e a composição material é

também um fator importante. Assim, uma parte da onda refletida sobre a superfície do material

é aterrada; quando a segunda parte da onda é refletida, parte desta penetra no material e a outra

parte volta para o sensor. Então receber-se-á um sinal que vem dentro do material também, com

amplitude minúscula.

Figura 2.6 – Emissão do sinal 40kHz e resposta do eco.

A figura 2.6 mostra a forma de onda obtida de um sensor de ultra-som após a É possível

observar- que após a emissão (T1) é necessária a espera da estabilização da cápsula, não sendo

possível neste sistema a detecção de obstáculos com proximidade menor que 25cm (eco com

tempo menor que 2,0ms). É possível também observador que foi captado um eco entre 2,0 e 3ms

após a emissão, evidenciando que há um objeto a uma distância aproximada de 40cm.

29

2.1.6. Análise do Método Medição

Característica principal do:

Doppler:

Batimento de freqüência (envoltório);

Desvio de fase.

Pulso eco:

Medição de tempos;

Comparação de formas de ondas amostrada.

Para análise detalhada da definição tecnologia a ser aplicada, destacam-se as vantagens e

desvantagens, em relação à aplicação do sensor de estacionamento, dos métodos descritos nos

itens anteriores:

Efeito Doopler:

Vantagens:

Circuito: não necessita diretamente de um circuito microprocessado;

Software: não exige algoritmos sofisticados de software;

Circuito: não exige amplificadores de alto ganho, o que diminui a sensibilidade a ruídos;

Custo: normalmente apresenta circuitos com menor custo, mesmo com a necessidade de duas

cápsulas.

Desvantagens:

Circuito: sistema necessita pelo menos dois transdutores, um transmissor gerando ultra-som e

um receptor;

Detecção: o veículo necessita estar em movimento ao encontro do objeto para que seja

detectado;

Posição: com a condição do veículo parado não se detecta a distância que está do objeto;

Deficiência: com veículo parado e objeto com movimentação em sentido paralelo ou

perpendicular há falsa detecção de distância;

Circuito: sensível à ressonância de partes do carro.

30

Efeito Pulso Eco

Vantagens:

Construção: sistema necessita de uma cápsula transmissora e receptora;

Detecção: veículo não necessita estar em movimento;

Circuito: necessita de microprocessador para varredura do sinal emitido e recebido;

Posição: condição veículo parado detecta a posição em relação a objetos próximos;

Custo: relativamente bom, apesar de necessitar processamento, precisa de apenas uma

cápsula para transmissão e recepção.

Desvantagens

Deficiência: necessita de uma proteção para evitar ruídos e perturbações, pode-se utilizar um

circuito bem sintonizado ou proteções contra EMC/EMI na placa.

Baseado nas vantagens e desvantagem de cada sistema, o sistema que será adotado é do

PULSO ECO, por ter uma melhor eficiência e confiabilidade.

2.2. Sistema

2.2.1. Sistema monitoração

Na aquisição de dados (sensores) do estacionamento estão disponíveis as monitorações

alternativa e versátil. A diferença está no número e na configuração dos sensores, e na unidade

de exposição (LCD com indicação digital, diodo emissor de luz ou lâmpadas, e sinalização

audível em alguns casos); os sensores ultra-sônicos estão conectados a uma unidade de

processamento e incorporam o transmissor ultra-sônico e o receptor, a unidade de processamento

fornece a fonte de alimentação para os sensores, como executa a excitação e avalia os sinais

recebidos a fim de verificar a distância ao obstáculo. A unidade de processamento informa

também a unidade de exposição dos resultados.

31

2.2.2. Sistema monitoração versátil

Com monitoração versátil, os sensores da parte dianteira são ligados permanentemente

em velocidades abaixo de 15 km/h (aprox. 10mph), e nos sensores traseiros somente quando a

engrenagem reversa é acoplada. Evita repetidos avisos no vai e vem dentro do tráfego, e todos

os sensores poderão ser chaveado manualmente; esse sistema não será implementado neste

trabalho, mas fica registrado para implementações futuras.

2.2.3. Sistema de monitoração alternativo

No contraste com o sistema de monitoração versátil, o sistema de monitoração alternativo

está ligado somente quando a engrenagem reversa é acoplada. O sistema não está em operação

quando as engrenagens para diante são acopladas, é o que define o sistema de estacionamento

tratado nesta monografia.

2.2.4. Características de transmissão e recepção

Estímulo para dispositivos de estacionamento exige que, além de uma área vertical,

(aproximadamente 50°) exista uma área horizontal larga (aproximadamente 120°) para efeito de

varredura. Isto limita a distância de monitoração em 2 m, e significa que somente quatro

sensores são necessários para a exploração quase completa da área ao lado do veículo. Para estar

com a proteção completa, são usados 4 sensores para a área traseira e 6 para a parte dianteira

(que fornece a proteção para os cantos dianteiros). Mas para projetos em que são utilizados 2

sensores traseiros apresentam a característica de uma região descoberta próxima ao veículo.

Velocidade do Som

O valor nominal para a velocidade de som na água do mar é nominal 1500 m/s em

aproximadamente 13 °C. Em um nível da salinidade de 35 porções por mil de profundidade, a

medição da temperatura em 0 grau, a velocidade do som é 1449,3 m/s.

A velocidade de som no ar é nominal 344m/s em 25 graus, gotas desta velocidade a 334

em 0 graus. A dependência da temperatura é de segunda ordem dada que outros parâmetros são

constantes. Todo o material diferente do ar é consultado como ao objeto (este inclui sólidos, gás

32

e líquidos). Um objeto pode também ter um gradiente de temperatura no ar, embora não

quimicamente diferente conduza o som em umas velocidades alteradas. Todos os objetos

refletem, absorvem e alimentam uma parcela da onda completa. Assim depende da freqüência

que é proporcionada.

2.2.5. Funcionalidade

Depois da instalação, o sistema não necessita de calibração. O sistema liga junto com a

ignição e começa um self-test que verifica todas as funções do sensor e tudo indica (ligando). A

exposição (interface IHM) pronta indica que o sistema está operando corretamente. Um aviso

está dado caso que da falha do sistema, ou da interferência acústica que resulta.

Figura 2.7 – Sensores instalados na traseira do veículo

2.2.6. Especificação do sistema

Tensão de alimentação: 9,6 ~ 16Vcc - Nominal 12Vcc;

Temperatura de operação: -30°C a 80°C;

Consumo: ~0,5W;

Freqüência operação do Ultra-som: 40kHz ±2kHz;

Sinal sonoro: ~70dB em três faixa de distância do objeto;

Sinal visual: em três cores diferentes e cada cor para uma faixa de distância;

Faixa de detecção: 30cm a 90cm;

Ângulo de atuação horizontal total de cada sensor: 120° ±20°;

33

Ângulo de atuação vertical total de cada sensor: 50° ±20°;

Comporta 2 ou 4 sensores .

2.3. Hardware

Circuito para recepção utiliza quatro estágios de amplificadores a transistor, sendo que os

três primeiros estão sintonizados em 40kHz e o último amplifica o sinal de áudio, a sua

envoltório.

2.3.1. Diagrama Elétrico

Projeto do hardware divide em bloco conforme o diagrama, para melhor entendimento.

Figura 2.8 – Diagrama de bloco do sistema

O diagrama de bloco define a interligação do sistema operando com uma cápsula, ou seja, um

sensor só. Quanto ao diagrama de bloco, com 2 sensores define-se melhor o circuito de

amplificadores discriminando cada um deles.

34

Figura 2.9 – Diagrama bloco com 2 sensores

Legenda

A1, A2 e A3 : Amplificadores de 40 kHz e ganho ~35

A4: Amplificador de áudio e ganho ~35

US: Ultra-som

BZ: Buzzer

LD: Conjunto de LED´s

Fonte de alimentação:

O circuito é alimentado pela tensão de bateria de 12Vcc (9,6 a 16Vcc), e está conectado

na luz de ré. É ligado através R124 com filtragem dos capacitores C56 e C57 para ruídos gerados

na linha de 12V do veículo. O diodo D4 protege a linha de possíveis retornos de sobre tensões ou

distúrbios do circuito; a partir deste ponto, após o diodo, são retiradas as alimentações de 12V

para todos os pontos do circuito. A alimentação de 5V é retirado do emissor do TR30, que tem a

base ligada ao diodo zener de 5,6V que diminuindo da junção base-emissor (~0,7V) tem-se em

torno de 5V. Capacitores C58 e C59 são filtros de transientes.

35

Figura 2.10 – Fonte alimentação 5V e 12V

Circuito de transmissão:

Circuito transmissor é excitado através do sinal AN_TX que vem do processador,

gerando 10 pulsos de 40kHz(Ton=12µs e Toff=13µs) num intervalo aproximado de 50ms. Este

sinal é ligado na base dos transistores TR6 e TR5. A cápsula está montada em uma ponte H entre

os sinais S1_GND e S1_TR , assim, quando há uma subida no sinal(Ton), TR6 e TR7 conduzem

corrente através da cápsula dando um pulso positivo na cápsula, e quando o pulso de AN_TX

está em baixa(Toff) o TR5 e TR8 conduzem corrente através da cápsula e gera o pulso negativo

na cápsula apresentado então um pulso de 24V pico a pico nas extremidades da cápsula.

Figura 2.11 – Circuito Transmissão

36

O capacitor na base do transistor permite a passagem do sinal transitório evitando

acionamento com valores continuo, apenas TR6 não tem capacitor devido à recepção do sinal,

descritos no circuito de recepção.

Circuito de recepção:

A mesma cápsula de transmissão é usada na recepção do sinal ou seja após tempo de em

torno de 2ms (depende do modelo da cápsula) o sinal AN_TX é colocado em nível alto para que

o TR6 entre em condução e conecta um dos pinos da cápsula ao terra. Nesta configuração o

circuito fica em posição de recepção. O sinal refletido em algum objeto é injetado através da

cápsula no S1_TR que é amplificado na freqüência de 40kHz nos três primeiros estágios, sendo

que o estágio subsequente é amplificação detector de envoltório. A configuração dos

amplificadores é a transistor emissor comum, os cálculos e funcionamento de cada estágio é

detalhado no item 2.3.2 (Cálculo dos circuitos amplificadores).

Figura 2.12 – Circuito recepção

Interface IHM:

37

Interface sonora funciona do sinal BUZZ, vindo do processador, que emite trem de

pulsos conforme a faixa de distância detectada, de uma faixa espaçada, intermediária e por fim

um sinal contínuo. Transistor TR37 funciona como uma chave, ligando e desligando os 12V

sobre buzzer, que pode ser instalado tanto dentro do compartimento do modulo eletrônico, como

externamente. Este item é opcional desde que a interface visual esteja ligada no circuito.

Figura 2.13 – Circuito da Interface IHM Visual e Sonora

Interface visual funciona com sinal de comando do processador em nível lógico 1

acionando a base transistores BC817 e estes acionam os led´s, a definição das cores com as

distâncias:

Distância longa aciona led verde (~90cm a ~60cm);

Distância intermediária aciona led amarelo (~60cm a ~30cm);

Distância curta aciona led vermelho (~ <30cm).

Este item é opcional desde que a interface sonora esteja ligada no circuito.

Microcontrolador

O microcontrolador utilizado será Microchip, da família PIC16F, que atende as

necessidades do sensor de estacionamento; é um microcontrolador de 8bit´s, de alta performance

38

RISC. Tem um comparador interno, o oscilador externo a cristal ou ressonador interno utilizando

um RC externo com memória flash de 1024 word,64 bytes de SRAM e 128 Bytes de EEprom.

A configuração dos pinos do micro para projeto é a seguinte:

OSC1 e OSC2 – Conexão do ressonador externo de 4MHz;

RA0 – Sinal do AN_S1, recebe informações do sensor referente à posição e distância do

objeto;

RA1 – Sinal do AN_S2, espera para projeto de 4 sensores;

RA2 – Sinal AN_TX, Emite os pulsos de transmissão do sinal

RC0 a RC2 – Sinal da distância visual;

RC3 – BUZZ, Sinal da distância sonora;

RC4 e RC5 – RX e TX para serial, utilizado apenas para depuração do produto.

RA3 – Não utilizado

Figura 2.14 – Microcontrolador PIC16F

O processador tem a tarefa de emitir os pulsos e aguardar resposta dos periféricos e

processar essa informação dando a posição ou à distância do veículo ao objeto.

2.3.2. Cálculo dos circuitos amplificadores

Principal cálculo é dos amplificadores a transistor baseado no Emissor-comum, que tem

princípio na polarização de emissor, através de realimentação negativa na tensão base-emissor

(VBE), minimizando os efeitos das variações na corrente de coletor. Os estágios do amplificador

39

do receptor são iguais por este fato apresentaremos os cálculos de um estágio que fica valendo

para todos.

Circuito de recepção

Figura 2.15 – Amplificador Emissor comum

Valores:

Capacitores

C1= nF

C2= nF

C3= nF

Resistores

R1= kΩ

R2=kΩ

RE=kΩ

RC=kΩ

RL=kΩ

RS=Ω (jumper)

40

Transistor

BC

Beta (β) ~300

Tensão Alimentação do circuito

Vcc= +5 V

Formulário

Análise DCResistência Thevenin

RTh= (R1 x R2) / (R1 + R2)

RTh= 8245,61Ω

Tensão Thevenin

VTh= (Vcc x R2) / (R1 + R2)

VTh= 0,877 V

Corrente de Base

IB= (VTh – 0,7) / (RTh + (1 + β) x RE)

IB= 57,298 nA

Corrente de Coletor

IC= β x IB

IC= 172 mA

Corrente Emissor

IE= IC +IB

IE= 172mA

Tensão Coletor

41

VC= Vcc – Ic x Rc

VC= 3,281V

Tensão Emissor

VE= IE x RE

VE= 0,1724V

Corrente Saturação

ICsat= Vcc / (RC + RE)

ICsat= 455mA

Análise ACResistência Emissor

re= (25mV / IE)

re= 145Ω

Resistência entrada da Base

Rin= RE x (1 + β)

Rin= 43631,19Ω

Resistência Total Entrada

Rintot= (R12 x Rin) / (R12 + Rin)

Rintot= 6935,006Ω

R12= (R1 x R2) / (R1 + R2)

R12= 8245,61Ω

Ganho AC

Av=(Rintot / (Rintot + Rs)) x ((((RC x RL) / (RC + RL) x β)) / ((1 + β) x re)))

Av= 34,38

Observação: Os capacitores de acoplamento C1 e C3 têm como função bloquear (ou

eliminar) a componente DC do sinal, permitindo apenas a passagem da componente alternada.

42

Assim, o nível DC do sinal entrada não interfere na polarização do estágio seguinte, sendo esta

prática utilizada em amplificação multi estágios, como projeto apresentado.

Entrada Freqüências Baixa

LIfc = 1 / (2 x π x (Rs + Rintot) x C1)

LIfc= 2300Hz

Saída Freqüência baixa

LOfc= 1 / (2 x π x (RC + RL) x C3)

LOfc= 796 Hz

Banda freqüências baixas

BPfc= 1 / (2 x π x ((re + ((RTh / β) x RE)) / ((RTh / β) + RE)))

BPfc= 10800Hz

Capacitâncias baseada no teorema de Miller

Capacitâncias internas transistor

Cbc= 3,5pF

Cbe= 9pF

Capacitância entrada (Miller)

Cinmil= Cbc x (Av +1)

Cinmil= 123,82pF

Capacitância saída (Miller)

Coutmil= Cbc x ((Av +1) / Av )

Coutmil= 3,6 pF

Capacitância total

Ctot = Cbe + Cinmil

Ctot= 133pF

43

Alta freqüência entrada

HIfc= 1 / ((2 x π x ((RS x Rintot) / (RS + Rintot))) x Ctot)

HIfc= 1200GHz

Alta freqüência saída

HOfc= 1 / (2 x π x (Rc x Coutmil))

HOfc= 8,84 MHz

Banda

BW= HIfc – BPfc

BW= 1200GHz

Obs.: A banda de freqüência do produto é filtrada pela cápsula de ultra-som e não pelo

circuito de amplificador, neste caso, pode permitir que o circuito tenha uma banda dilatada.

Cuidados devem ser observados na placa de circuito impresso onde tem imunidade a

interferência eletromagnética.

Circuito Transmissão

Baseado no circuito de ponte H a cápsula conectada no meio desta ponte;

44

Figura 2.16 – Ponte H de transistor

Desprezando o efeito indutivo ou capacitivo da cápsula, o valor da corrente passa em um

sentido em que TR6 e TR7 estão saturados e considerando que não há perda de tensão nos VCE,

calculo fica:

Vcc= 12V

Valor resistivo da cápsula (dados fabricante Murata)

VRUs= 2300Ω

Corrente Total.

It = Vcc / VRUs

It = 5,22mA

Observação: Para braço TR5 e TR8 vale mesmo calculo.

2.3.3. Placa circuito impresso

Protótipo

Primeiro Protótipo:

Primeiro protótipo foi montado em placa padrão com componentes PTH.

45

Figura 2.17 – Protótipo em placa padrão.

Segundo Protótipo

Na placa padrão foram implementados todos os circuitos, inclusive com o

microprocessador e o circuito de IHM visual e sonora.

46

Figura 2.18 – Segundo Protótipo em placa padrão.

Terceiro Protótipo

Terceiro protótipo foi construído em placa de circuito impresso realizando algumas

alternativas de circuitos, por exemplo, 4 canais de recepção e transmissão individuais,

comparador externo, previsão para união dos canais receptora e transmissor e uma saída serial

para auxilio na validação. Pela figura a seguir pode-se notar a implementação inicial de um

circuito integrado PTH para validação inicial do software.

47

Figura 2.19 – Terceiro Protótipo em placa circuito impresso.

A construção da Placa circuito impressa foi através do software Protel 4.0, para

visualização final foi separado em três imagens diferentes:

Lado dos componentes (Top layer): Visualiza área na vista superior, onde serão soldados

os componentes SMT e posicionado o corpo dos componentes PTH;

Lado da Solda (Bottom Layer): Visualiza área na vista inferior onde serão soldados os

pinos dos componentes PTH.

Máscara de Componente (Top overlay): Mostra em traçamento na cor branca o contorno

dos componentes no lado superior.

Na seqüência está sendo demonstrado em forma de imagem o lado dos componentes,

lado da Solda e máscara de Componente.

48

Lado dos Componentes

Figura 2.20 – PCI lado dos componentes

49

Lado da solda

Figura 2.21 – PCI lado da solda

50

Máscara de Componente

Figura 2.22 – PCI máscara de componentes

51

2.4. Software

O software para controle do sensor de estacionamento foi desenvolvido para

microcontrolador microchip PIC16F, o que permitiu a implantação das interfaces sonora e

visual. A determinação do tempo foi baseada em ensaios, que foram detectados que o período de

50ms entre os inícios de cada trem de pulso é suficiente para detecção de objetos numa distância

~90cm. Para detecção do eco é utilizado um comparador com a tensão interna de referência que

apresenta um limitante, cujo valor máximo é de 3,59V; neste caso há uma espera no hardware

para aumentar este nível de tensão caso necessário.

A seleção de faixa de distância é realizada a cada dez amostras, sendo selecionada a faixa

que tiver o maior número de amostras, ou seja, nesta configuração é possível atualizar as

interfaces sonora e visual a cada meio segundo. Outro fator importante para correta detecção é o

tempo de estabilização da cápsula de ultra-som, já que neste intervalo de tempo a espera do eco

deverá ser inibida.

2.4.1. Fluxograma

O fluxograma do código implementado segue comentado na figura abaixo 2.23:

Início

Configuração

Notifica iníciode operação

Configuração do Microcontrolador.

Notifica ao usuário que o módulo esta emoperação emitindo sinal sonoro ou visual.

Eco OK?

Verifica se o eco foi detectado atravésda mudança de estado do comparador.

S

N

Eco detectado?

Verifica se o eco foi já foi recebido.

N

C

SB

A

52

Continuação da Figura 2.23

B

Obtêm tempo Calcula tempo do eco através dotimer do microprocessador.

Calcula faixa Através do tempo do eco obtêmfaixa de distância.

Armazena amostra no buffer.Armazenaamostra

Selecionam a faixa utilizando as Núltimas amostras.

Selecionafaixa.

Seleção defaixa?

Verifica se faixa será selecionada deacordo com o controle de seleção.

N

S

Tempo expirou?Verifica se tempo para recepçãodo eco se esgotou

N

S

Tempo máximo Assinala tempo máximo para adetecção.

A

A

A

Assinala que eco já foirecebido.

Eco OK

C

Obtêm parâmetros da interface e assinalaque atualização esta disponível.

Obtêmparâmetros

53

Figura 2.23 – Fluxograma software

2.4.2. Programa e o funcionamento

Programa tem basicamente seu funcionamento da seguinte forma: ao iniciar a rotina o

programa configura o microcontrolador, informa ao usuário que o sistema está ligado através de

um bip e liga os led´s do sensor. Após essa inicialização tem-se os disparos de 10 pulsos de

40kHz pelo circuito de transmissão, ao término do disparo inicia a contagem do timer 1 em

50ms. O processo de recepção de dados começa após a estabilização da cápsula, em torno de

2ms, dependendo da cápsula.

Retorna

Interrupção deTimer

Interrupção de tempo para envio dos pulsos de ultra-som,time-out de recepção do eco e controle da interface.

Controle deInterface Controla interface sonora e visual.

Tempo deestabilização

Assinala o tempo de estabilização dacápsula de ultra-som.

Emissão depulsos Emite N pulsos de 40 KHz.

Emestabilização?

Verifica se esta sendo aguardado tempode estabilização do Ultra-som.

S

Tempo deemissão

N

Controle deatualização.

Controla atualização dos parâmetros da interfacede acordo com disponibilidade dos dados.

Liberarecepção

54

Reconhecimento de um eco é através de uma rotina que compara inicialmente o sinal

(envoltório) com valor estabelecido internamente, se esse sinal cruzar pelo valor de referência

por 7 ciclos (± 1µs cada ciclo) entende-se que é uma resposta de um eco e informa ao usuário ao

termino de 10 ciclos de 50ms. Caso não haja nenhuma resposta de eco até ±12ms a rotina de

verificação do eco é finalizada e só aguarda o fim do ciclo para sincronização do sistema.

Para evitar ruído intermitente, a informação ao usuário é passada após 500ms, ou seja 10

ciclos de leitura, a sensibilidade é ajustada através do valor de referência do comparador.

Detecção de um eco realiza num tempo menor que 12ms; quando há essa condição

significa que o objeto está próximo ao sensor. O processamento de cálculo da distância se dá

através da diferença do tempo inicial (50ms) e o tempo de detecção, sabendo que timer 1 é

incremental até 65,355ms, ao mesmo termo existe timer dedicado para cada uma das faixas de

distância, essa é incrementado durante os 10 ciclos e avaliado se há no mínimo 6 válidas, após

isso a faixa que tiver maior número de incremento é a distância que se encontra o objeto do

veículo.

O programa não comporta uma rotina de auto calibração, porém não será abordada neste

relatório devido a uma necessidade de estudo mais aprofundada, sendo que o tempo para analise

deste item pode ser muito longo, e também por essa função não representar uma necessidade

vital para produto.

Rotina de comunicação é auxiliar para depuração do software, tendo também outras

ferramentas que executam esse procedimento, será abordada se houver tempo hábil para tanto.

O programa foi escrito em assembler e utilizado a ferramenta Mplab 7.2 da Microchip e

encontra-se no anexo 1 pertencente a esse relatório.

2.4.3. Cálculo distância

Para o cálculo da distância é medido o tempo desde o inicio do primeiro pulso de

transmissão até o primeiro pulso de eco. Como esse tempo é de ida e de volta para sensor,

caracteriza o dobro da distância no ar, a equação fica:

Velocidade do Ar: 340m/s.

D= distância (em metros)

T= Tempo medido em milisegundos

Va= Velocidade do ar em milisegundos (0,34m/ms)

55

D= (T/2)*Va

2.4.4. Variáveis de configuração do programa.

Programa tem a finalidade gerenciar a emissão e recepção de pulsos e de calcular o

tempo entre pulso e eco e transformar esta informação em distância, e finalmente informar ao

condutor a distância. Para que este sistema funcione bem, há três tipos de ajuste, um do circuito

de transmissão e recepção, um mecânico (posição do sensor) e por fim das variáveis do software,

que são:

As variáveis do circuito de TX e RX, posição do sensor e software serão analisada no

item 4 Conclusões, neste item serão conhecidos as variáveis do software;

• Número de pulsos de ultra-som a serem emitidos;

• Tempo de espera para estabilização do Ultra-som (us);

• Tempo de envio de ultra-som;

• Eco do Filtro;

• Preescaler;

• Clock;

• Freqüência de emissão de pulsos de ultra-som (us);

• Máximo valor admitido no contador do timer (8960);

• Número mínimo de faixas válidas dentro de um período.

Número de pulsos de ultra som a ser emitido: tem influência na distância mínima, ou

seja, quanto maior número de pulsos maior é a distância onde o sensor não atua, criando uma

zona “cega” para sistema. Sabe-se que quanto mais pulsos, maior é o tempo de estabilização da

cápsula. Em contra partida, quanto maior o número de pulsos, maior a energia é emitido pela

cápsula e melhor será o nível do sinal para recepção. Atualmente encontra-se um valor de 10

pulsos.

Tempo de espera para estabilização do Ultra-som (us): tempo que o software se

mantém totalmente inativo em relação à transmissão e recepção, porém é levando em conta este

tempo para cálculo da distância. O valor está muito ligado ao tipo de cápsula que está sendo

usada, e como existem fabricantes com características não totalmente iguais utilizou-se uma

média de 2ms.

56

Tempo de envio de ultra-som: é o que define tempo de envio, que é 25µs multiplicado

pelo número de pulsos, e esse tempo de 25µs(Ton=12µs e Toff=13µs) é o período de 40kHz.

Eco de Filtro: número de pulsos válidos para considerar um disparo, é considerado um

pulso a cada tempo que processador leva para executar uma rotina (aproximadamente 1µs); se o

número de vezes que o esta constante está definido for identificado o software interpreta como

um eco, então o programa calcula tempo e a distância. Essa constante evita disparo falsos, bem

como ruídos que possam entrar no sistema.

Preescaler: constante utilizada para eventual alteração na base de tempo.

Clock: clock definido para ser utilizado tanto no hardware como no software, valor de

4MHz .

Freqüência de emissão de pulsos de ultra-som (us) : intervalo de tempo para início de

cada trem de pulsos do emissor. Este período pode definir a distância máxima que o sistema deve

atuar, no caso deste sensor está estipulado 50ms que um tempo que pode chegar a distância de

aproximadamente 4m (12ms). Suficiente para um sistema que abrange 90cm de distância.

Máximo valor admitido no contador do timer (8960): Define o tempo máximo para

recepção do eco, após desabilita-se o sistema e aguarda final do tempo de 50ms para novo

disparo.

Número mínimo de faixas válidas dentro um período: Para realizar a atualização das

interface são realizados 10 ciclos de leitura de eco, destas 10 leituras, no mínimo 6 terão que

estar dentro da mesma faixa para que realize-se a mudança de sinalização.

2.5. Validação

A validação será em dois níveis, um nível de instalação, devido à deficiência desta

tecnologia e outro nível da funcionalidade do produto.

2.5.1. Instalação

Tecnologia de ultra-som para sensor de estacionamento tem por maior deficiência a

instalação do sensor na traseira do veículo. Sendo descartada a hipótese de furação do pára-

choque, recorreu-se a alternativas, uma que é bastante viável é a instalação dos sensores num

suporte fixado à placa do veículo.

57

Figura 2.23 idealiza o suporte com a placa identificação do veículo, observando que as

posições dos sensores gerou a necessidade de colocação em angulo de 10°C com sentido para

fora.

Figura 2.24 – Instalação dos sensores na placa do veículo.

Figura 2.25 – Ângulo dos sensores na placa do veículo.

O item instalação será validado sobre os seguintes pontos:

• Região atuação vertical;

• Região atuação horizontal;

• Instalação do suporte e cabos;

58

• Ligação do circuito de alimentação sistema;

• Fixação mecânica do modulo e acessórios.

A analise esta descrita no item Conclusões e resultados no item 3 Resultados.

2.5.2. Testes e simulações do Hardware

Utilizando software Pspice foi realizada a simulação dos sinais dos circuitos de recepção

e transmissão .

Esquema elétrico utilizado na simulação está no Anexo 2 para circuito de recepção.

Pontos no qual foram retiradas as formas de onda: Estágio 1, 2, 3 e 4, com referência ao sinal de

entrada utilizado em torno 300µV. Para o circuito de transmissão foi utilizado o esquema elétrico

do anexo 5. Pontos no qual foram retiradas as formas de onda do disparo e da cápsula, com e

sem o indutor em serie, com a capsula. Resultados obtidos estão da simulação está nos anexo 2 e

5.

Testes Funcionais no produto completo;

Para testes foram instalados dois sensores no veículo e medida a distância em relação aos

objetos propostos; para análise do protótipo considera-se:

1. Distância entre veículo e outro veículo;

2. Distância entre veículo e poste plástico;

3. Distância entre veículo e cone baixo.

Os testes têm como propósito validar o circuito de transmissão, recepção e a rotina do

software, realizando a relação da distância para tempo de resposta do eco, assim, comparando a

tabela adotada na programa do PIC. Para tanto será adotada a seguinte seqüência de teste:

Utilização um sensor no lado esquerdo o central desativado;

Utilização o sensor central e no lado esquerdo desativado;

Utilização dos dois sensores

Obs.: Verificação terá analise simétrica

59

3. Resultados

3.1. Instalação

Serão montados os sensores conforme mostra figura 3.1 e realizadas medidas de

distâncias, conforme o item 2.5.2 Testes e simulações do Hardware

Posição dos sensores:

Figura 3.1 – Posição dos sensores instalada para teste funcional

Resultados estão demonstrados na tabela abaixo:

Verificação da distância de um veículo ao outro.

60

Figura 3.2 – Teste funcional entre veículos

Veículo se encontra em ângulo reto aos sensores.

Distância Sensor (S1)

Central

Sensor (S2)

Esquerdo

Tempo medido

S1 / S2

Faixa de

distância (SW)

Calculado

Acionamento

Visual

> 120cm Ativo Inativo 6,85ms 116,45cm Verde

85cm Ativo Inativo 4,86ms 82,62cm Verde

55cm Ativo Inativo 3,11ms 52,87cm Amarelo


> 120cm Inativo Ativo 6,92ms 117,64cm Verde

85cm Inativo Ativo 4,74ms 80,58cm Verde

55cm Inativo Ativo 3,04ms 51,68cm Amarelo


> 120cm Ativo Ativo 6,89ms 117,13 Verde

85cm Ativo Ativo 4,88ms 82,96cm Verde

55cm Ativo Ativo 3,15ms 53,55cm Amarelo


Tabela 3.1 – Medidas distância entre veículos

Verificação da distância entre poste plástico e o veículo; verificadas várias distâncias e ângulos.

61

Figura 3.3 – Teste funcional entre veículo e poste plástico.

Objeto encontra-se em ângulo de 0° dos sensores do veículo.


Central

Sensor (S2)

Esquerdo

Tempo medido

S1 / S2

Faixa de

distância (SW)

Calculado

Acionamento

Visual

> 120cm Ativo Inativo 6,72ms 114,24cm Verde




> 120cm Inativo Ativo 6,77ms 115,09cm Verde




> 120cm Ativo Ativo 6,68ms 113,56cm Verde




Tabela 3.2 – Medidas distâncias entre veículo e poste plástico com 0°.

62

Objeto encontra-se em ângulo de 60° em relação aos sensores do veículo.


Central

Sensor (S2)

Esquerdo

Tempo medido

S1 / S2

Faixa de

distância (SW)

Calculado

Acionamento

Visual

> 120cm Ativo Inativo Não Capta

85cm Ativo Inativo Não Capta



> 120cm Inativo Ativo Não Capta

85cm Inativo Ativo Não Capta



> 120cm Ativo Ativo Não Capta

85cm Ativo Ativo Não Capta




63



Central

Sensor (S2)

Esquerdo

Tempo medido

S1 / S2

Faixa de

distância (SW)

Calculado

Acionamento

Visual

> 120cm Ativo Inativo Não capta

85cm Ativo Inativo Não capta



> 120cm Inativo Ativo Não capta

85cm Inativo Ativo Não capta



> 120cm Ativo Ativo Não capta

85cm Ativo Ativo Não capta




Verificação da distância entre poste plástico e o veículo; verificadas várias distâncias e ângulos.

64

Figura 3.4 – Teste funcional entre veículo e cone baixo



Central

Sensor (S2)

Esquerdo

Tempo medido

S1 / S2

Faixa de

distância (SW)

Calculado

Acionamento

Visual














65



Central

Sensor (S2)

Esquerdo

Tempo medido

S1 / S2

Faixa de

distância (SW)

Calculado

Acionamento

Visual













Tabela 3.6 – Medidas distâncias entre veículo e cone baixo com 60°.

66



Central

Sensor (S2)

Esquerdo

Tempo medido

S1 / S2

Faixa de

distância (SW)

Calculado

Acionamento

Visual














67

3.1.1. Região atuação vertical;

Mapa de abrangência:

Figura 3.5 – Região de detecção objetos vertical

Distâncias validas para os mapas horizontal e vertical.

A= 25cm

B= 35cm

C=55cm

D=85cm

F=120cm

Altura (ponto G) da cápsula em relação ao chão para veículos com placas no porta malas traseiro

é de 1 metro.

68

3.1.2. Região atuação horizontal;

Mapa de abrangência:

Figura 3.6 – Região de detecção objetos horizontal

Obs. Figuras dos veículos (itens 3.1.1 e 3.1.2) é meramente ilustrativa, pois as medidas foram

retirada de um veículo com a placa fixada no porta-malas e equivalente a medida de um sensor.

3.1.3. Instalação do suporte e cabos;

Suporte de fácil instalação, fixado nos parafusos da placa de identificação dos veículos.

3.1.4. Fixação mecânica do modulo e acessórios

A fixação do modulo está prevista para maioria dos veículos no compartimento das luzes

traseiras, próximo à alimentação da lâmpada de ré. Está prevista a montagem da sinalização

69

visual no teto na traseira do veículo, bem como está prevista a montagem da sinalização sonora

no porta-malas do veículo, interno ou externo ao gabinete.

3.2. Hardware e Software

3.2.1. Circuito de Recepção

Resultados da simulação anexo 2 – Receptor 40kHz com tempo de 50ms

Resultados na pratica anexo 7 – Receptor

Na figuras A7.5, A7,6, A7.7, A7.8 e A7.9 mostram o comportamento na pratica.

3.2.2. Circuito de Transmissão

Resultados da simulação anexo 5 – Transmissor sem Trafo

Circuito montado no simulador, apresenta em sua construção um indutor L5 em série

com circuito equivalente da cápsula. Os resultados são mostrados nos gráficos. Este anexo

apresenta também o circuito sem indutor L5.

Resultados da simulação anexo 4 – Transmissor com Trafo

Circuito montado apresenta um trafo de pulso ao invés do circuito em ponte H.

Resultados na pratica anexo 7 – Transmissor sem trafo

As figuras A7.1, A7,2, A7.3 e A7.4 mostram o comportamento na prática.

3.2.3. Software

Resultados estão apresentados no funcionamento geral do sistema, nos resultados das

medidas da distância do veículo aos objetos.

70

4. Conclusões

O projeto tem por pontos críticos os circuitos de recepção e transmissão, parametrização

dos filtros do software e a instalação com posicionamento das cápsulas. Para o sucesso do

projeto estes itens devem estar bem alinhados, visando o funcionamento do sensor de

estacionamento. Neste concluiremos a análise do produto o desempenho do protótipo, as

alternativas e sugestões de melhorias:

4.1. Instalação:

4.1.1. Posição dos sensores

Foram testadas posição dos sensores em um esquadro plástico sobre a placa de

identificação do veículo. Basicamente existem duas posição de placa, uma instalada no pára-

choque e outra no porta malas traseiro.

Os veículos com placas na altura do pára-choque apresentam um resultado satisfatório. O

resultado no campo de cobertura horizontal não chegou a valores especificados devido à posição

central da instalação dos dois sensores, seria necessário uma distribuição melhor e colocação de

mais dois sensores. Existem falhas de cobertura nos cantos (lateral traseira). Em algum veículos

os detalhes estéticos obstruem a recepção do eco.

No campo vertical também não são atingidos os resultados das especificações para estes

veículos, pois algumas placas têm inclinação para cima, como o esquadro acompanha a

inclinação da placa perde-se cobertura.

Para testes deste protótipo assume-se que a situação mais critica é de veículos com placas

no porta malas, onde esse efeito se agrava no caso vertical, mesmo que neste a placa esteja a 90°

da horizontal. Os resultados foram medidos no veículo com placa no porta-malas. Neste ponto há

oportunidades de melhorias e uma constatação é que deve-se utilizar no mínimo de 3 a 4

sensores instalados numa altura correspondente à do pára-choque.

71

4.1.2. Instalação do suporte e cabos;

A instalação do suporte na placa é de fácil acesso e fixação. Os cabos devem ser

colocado por dentro da forração do porta malas e conectado ao módulo pela saída de cabos

superior do porta malas até módulo. Apesar de trabalhoso não há complexidade nas ligações.

4.1.3. Fixação mecânica do modulo e acessórios

O modulo é instalado no compartimento das lâmpadas traseiras. A sinalização sonora

pode ser instalada na parte externa do compartimento, dentro do porta malas. A sinalização

visual pode ser instalada na parte traseira do teto. Nesta posição pode ser visualizada pelo

retrovisor ou pela giro de corpo do condutor. Ambas instalações são relativamente fáceis.

Em geral a instalação não é complicada, a parte mais dispendiosa de tempo é a passagem

dos cabos por dentro do porta malas. Mesmo que o suporte na placa tenha 10° para fora, não são

suficientes para boa cobertura horizontal.

Para produtos aftermarket há uma nova proposta, que é o estudo de suporte fixado na

extremidade de baixo do pará-choque. Outra solução é fornecer para mercado de eletrônica

embarcada que permite a furação do pará-choque.

4.2. Análise Hardware

4.2.1. Circuito de recepção:

Circuito caracterizado como entrada, recebendo um sinal de eco da cápsula ultra sônica

vindo da reflexão do objeto; este sinal injetado através cápsula é extremamente pequeno, tendo

como ponto fraco a possibilidade de entrada de ruído e o circuito de amplificador a interferência

eletromagnética ao longo do mesmo. Foram escolhidos para leitura cápsulas extremamente

seletivas para captação do sinal refletido, e para o circuito foi aplicado número de estágio que

72

não tenha valores altos de ganhos para evitar possíveis problemas de amplificação de ruídos; no

último estágio foi amplificado o sinal do envoltório.

Verificando resultados dos teste, evidenciados nos anexos 2 e 7, o circuito apresenta boa

seletividade e sensibilidade e chega-se à conclusão que o projeto é robusto na configuração de 4

estágios a transistor com ganhos em torno de 35 vezes. Para sua aprovação não poderia ser

ignorado o fator custo de fora da análise, e outras alternativas de topologia de circuitos de

recepção para comparação;

• Alternativa com a utilização de um circuito de recepção com dois estágios de amplificador

operacional e um estágio à transistor (detector de envoltório) .

Recepção do sinal do eco em condições de identificar o tempo de resposta, foi necessário

um ganho relativamente alto, em torno de 1500 em cada estágio. Isso ocasionou problemas de

falta de seletividade do pulso eco, sendo que, dependendo do tipo de objeto, não identificava

claramente o pulso e apresentava uma intermitência na resposta. Mantendo o mesmo critério do

circuito a transistor, sintonia fina nas cápsulas e uma banda grande no circuito de amplificação.

O circuito com amplificador operacional ficou com imunidade a ruído baixo, fator que atrapalha

na identificação de um eco verdadeiro.

Outro fator que em relação aos estágios a transistor ficou claro, foi o custo, apesar de

pouca diferença no custo unitário, o custo em grande escala faz diferença.

• Alternativa da utilização de um circuito de recepção com três estágios com amplificador

operacional.

Uma alternativa nos estágios com circuitos amplificador operacional foi a redução dos

ganhos nos estágios iniciais e incluído um terceiro, substituindo o de transistor, e os resultados

basicamente ficaram os mesmos do circuito de dois estágios.

A análise final do receptor do circuito a transistor tem valores baixo de ganho, com uma

resposta boa para essa função. Não se pode classificar como os de estágio operacional não

atende, mas sim, que elevam o custo e necessitam amplificadores sintonizados na freqüência de

40kHz, caso que não ocorre na configuração a transistor. Conclusão: a topologia do circuito a

transistor utilizada é satisfatória.

4.2.2. Circuito de Transmissão

Circuito que emite pulsos na freqüência de 40kHz, onde número de pulsos e o valor de

pico a pico influencia a reflexão do sinal no objeto. Utilizou-se um valor de ±12Vcc em forma

73

de ponte H a transistor, para melhor performance, com a idéia de transmitir com maior energia

possível e ter um circuito de recepção com menor ganho, utilizaram-se duas alternativa neste

circuito de transmissão:

Utilização de um indutor em série com a cápsula (anexo 5): a proposta de colocar um

indutor em série e de criar uma ressonância com a cápsula e ter um valor de pico de tensão maior

do que 24 Vpp, já que a cápsula aceita 160Vpp, porém nos testes verificou-se que ao incluir o

indutor, o circuito apresenta uma fragilidade à interferência magnética. Valor de pico a pico

chega aproximadamente a 26Vpp e o tempo não acrescenta energia, ou seja não aumenta

consideravelmente a potência do transmissor e cria dois problemas, um é a sensibilidade a ruído

e outro aumento de custo. Outro problema é a variação na amplitude do sinal em certos períodos

reduz em torno de 10Vpp. Não é uma solução viável.

Utilização do circuito em ponte H sem indutor (anexo 5): Este circuito obteve melhor

resposta no geral, pois emite um pulso praticamente em onda quadrada em cima da cápsula e tem

um pico de tensão em torno 19Vpp, tem boa potência de transmissão com as cápsulas utilizadas.

• Alternativa é utilização de um trafo de pulso: Com a utilização de trafo de pulso, deixa de ser

necessário a utilização de uma ponte H de transistor, o valor de pico chega aproximadamente

a 30Vpp, porém o custo de um trafo de pulso é muito alto. Ainda pode ser alterado trafo de

pulso para que tenha um valor 5x maior que a entrada.

Para melhor funcionamento entre os circuitos de recepção e transmissão é indicado a

obtenção de um circuito de transmissão mais potente e uma recepção cuja sensibilidade seja boa

e com ganho relativamente baixo em cada estágio, e principalmente circuito estável, facilitando a

leitura do sinal através do processador.

A análise final transmissor: apesar do funcionamento do transmissor ser bom em ponte

H, deve ser estudada a alteração para transmissor com trafo de pulso. A conseqüência desde

mudança é em função da falta de recepção na região <30cm e na dificuldade de detecção de

objetos em ângulo vertical e horizontal. A idéia é aumentar a potência transmitida e manter a

sensibilidade atual de recepção, evita entrada de ruído e melhora a definição de faixas em que se

encontra os objetos do veículo.

74

4.2.3. Projeto

• Como o projeto prevê uma configuração de 2 ou 4 sensores, foi realizada uma comunização

de circuitos na tentativa de obter um resultado satisfatório e de baixo custo, e para isso foram

testadas as seguintes combinações (anexo 6):

- Utilização de um circuito de recepção e transmissão coletivo;

- Utilização de um circuito de recepção coletivo e transmissão individual;

- Utilização de um circuito de recepção individual e transmissão coletiva;

Resultado: em todos essas combinações é apresentado algum tipo de redução na

transmissão ou falha na recepção, para tanto ficará a utilização de circuito individuais de

transmissão e recepção.

4.3. Software:

Conclui-se que a estrutura atual atende o projeto, apenas o ajuste de faixas apresenta uma

dificuldade de seleção nas faixa (intermitência), porém deve ser resolvido através do hardware.

A inclusão de um comparador externo e com alteração no circuito de transmissão, para que

tenha-se uma definição ainda melhor do eco.

4.4. Validação

Como a validação deste protótipo é funcional e não está contemplando testes criteriosos

sobre formatos, tamanho, característica de material, teste nível sonoro, e nem testes avançado

como testes climáticos e de interferência eletromagnética, essa validação define o conceito do

circuitos com a utilização do sensores de ultra-som.

Para validação do circuito foi considerada como distância a medida em relação ao tempo

medido do eco conforme mostra no item validação e formas de ondas do anexo 3. A validação

do circuito de recepção e transmissão foi simulada no software Pspice e realizadas medidas na

prática como demonstra o anexo 7. Apesar de apresentar problemas de funcionamentos como

duplo eco que o software indica como distâncias maiores, sendo essa distâncias menores que

75

30cm, outro item que tem oportunidade de melhoria na fixação. Verificou-se que melhor

funcionamento é com 3 ou 4 sensores e que a fixação deve ser realizada na altura do pára-

choque. Em geral a concepção é funcional porem necessitada de melhorias, partindo que esta é

primeira versão com o software é perfeitamente aceitável o nível de problemas ocorridos.

O mapa de abrangência mostra que há uma boa abrangência faltando apenas um melhor

transmissor e um novo ajuste dos filtros do software.

Fica registrada a validação da concepção do produto, e que futuramente as melhorias

sugeridas serão estudadas e implementadas neste produtos.

76

5. Referências Bibliográficas

.

[1] Bosch. Automotive Handbook. 4th Edition. Germany : Robert Bosch GmbH, October

1996.

[2] Bosch. Automotive Electrics and Electronics. 3th Edition. Germany : Robert Bosch

GmbH, 1999.

[3] Fabricante Motorola, web site http://www.motorola.com. Circuito Integrado 33794 e

Microprocessadores.

[4] Fabricante Grote, web site http://www.grote.com. Sensor ultra-som.

[5] Fabricante Sharp, web site http://www.sharp.com. Sensor infrared GP2Y0A02YK e

GP2Y0D02YK.

[6] Fabricante Murata, web site http://www.murata.com. Sensor Ultra-som.

[7] Fabricante Nicera, web site http://www.nicera.com. Sensor Ultra--som.

[8] Fabricante Microchip, web site http://www.microchip.com. Microprocessador.

[9] Fabricante Sinoceramics, web site http://www. Sinoceramics.com. Sensor Ultra-som.

Anexo 1 – Programa em Assembler.

Parte do relatório Sensor de estacionamento.

Neste anexo apresenta as constantes de ajuste do sensor de estacionamento. Contém 3 páginas incluindo esta.

Sensor de Estacionamento Page 1 Anexo 1

D:\Meus documentos\Conclusao\Software\SE9000.asm

;***************************************************************************; JOHNSON CONTROLS AUTOMOTIVE ELETRONICS - Brasil ; ANEXO 1 - RELATORIO CONCLUSÃO; PRODUTO : Sensor de estacionamento; Processador : PIC;*****************************************************************************

#include <p16fxx0.inc>errorlevel -302

;___________________________________________________________________________;; Constantes;___________________________________________________________________________ CONSTANT DEF_PULS=D'15' ; Numero de pulsos de ultrassom a ser emitido CONSTANT TM_WUS=d'1400' ; Tempo de espera para estabilização do Ultra-som (us) CONSTANT TM_SUS=D'25'*DEF_PULS ; Tempo de envio de ultra-som CONSTANT FT_ECO=D'7' ; Eco de filtro

CONSTANT PRESC=1 ; Preescaler CONSTANT CLK =4 ; Clock (MHz) CONSTANT US_FREQ=D'49664'-TM_WUS ; Frequência de emissão de pulsos de ultrasom (us) CONSTANT TMR_USFREQ=0xFFFF-(CLK/4)*((US_FREQ)/PRESC); CONSTANT MAX_TM=TMR_USFREQ+0x2300 ; Máximo valor admitido no contador do timer 8960 CONSTANT MIN_VALFAIXAS=D'6' ; Número mínimo de faixas válidas dentro um período

; TabelaS de controle de faixa CONSTANT FAIXA_PROXIMA=D'0'; CONSTANT FAIXA_MEDIA=D'1'; CONSTANT FAIXA_DISTANTE=D'2'; CONSTANT FAIXA_NULA=D'3';

; Faixa Tempo (ms) Distância (m) CONSTANT FX0=FAIXA_PROXIMA ; 0 0~0,256 0~0,044 CONSTANT FX1=FAIXA_PROXIMA ; 1 0,256~0,512 0,044~0,087 CONSTANT FX2=FAIXA_PROXIMA ; 2 0,512~0,768 0,087~0,131 CONSTANT FX3=FAIXA_PROXIMA ; 3 0,768~1,024 0,131~0,174 CONSTANT FX4=FAIXA_PROXIMA ; 4 1,024~1,28 0,174~0,218 CONSTANT FX5=FAIXA_PROXIMA ; 5 1,28~1,536 0,218~0,261 CONSTANT FX6=FAIXA_PROXIMA ; 6 1,536~1,792 0,261~0,305 CONSTANT FX7=FAIXA_PROXIMA ; 7 1,792~2,048 0,305~0,348 CONSTANT FX8=FAIXA_MEDIA ; 8 2,048~2,304 0,348~0,392 CONSTANT FX9=FAIXA_MEDIA ; 9 2,304~2,56 0,392~0,435 CONSTANT FX10=FAIXA_MEDIA ; 10 2,56~2,816 0,435~0,479 CONSTANT FX11=FAIXA_MEDIA ; 11 2,816~3,072 0,479~0,522 CONSTANT FX12=FAIXA_MEDIA ; 12 3,072~3,328 0,522~0,566 CONSTANT FX13=FAIXA_MEDIA ; 13 3,328~3,584 0,566~0,609 CONSTANT FX14=FAIXA_MEDIA ; 14 3,584~3,84 0,609~0,653 CONSTANT FX15=FAIXA_MEDIA ; 15 3,84~4,096 0,653~0,696 CONSTANT FX16=FAIXA_DISTANTE ; 16 4,096~4,352 0,696~0,740 CONSTANT FX17=FAIXA_DISTANTE ; 17 4,352~4,608 0,740~0,783 CONSTANT FX18=FAIXA_DISTANTE ; 18 4,608~4,864 0,783~0,827 CONSTANT FX19=FAIXA_DISTANTE ; 19 4,864~5,12 0,827~0,870 CONSTANT FX20=FAIXA_DISTANTE ; 20 5,12~5,376 0,870~0,914 CONSTANT FX21=FAIXA_DISTANTE ; 21 5,376~5,632 0,914~0,957 CONSTANT FX22=FAIXA_DISTANTE ; 22 5,632~5,888 0,957~1,001 CONSTANT FX23=FAIXA_DISTANTE ; 23 5,888~6,144 1,001~1,044 CONSTANT FX24=FAIXA_DISTANTE ; 24 6,144~6,4 1,044~1,088 CONSTANT FX25=FAIXA_DISTANTE ; 25 6,4~6,656 1,088~1,132 CONSTANT FX26=FAIXA_DISTANTE ; 26 6,656~6,912 1,132~1,175 CONSTANT FX27=FAIXA_DISTANTE ; 27 6,912~7,168 1,175~1,219 CONSTANT FX28=FAIXA_NULA ; 28 7,168~7,424 1,219~1,262 CONSTANT FX29=FAIXA_NULA ; 29 7,424~7,68 1,262~1,306 CONSTANT FX30=FAIXA_NULA ; 30 7,68~7,936 1,306~1,349 CONSTANT FX31=FAIXA_NULA ; 31 7,936~8,192 1,349~1,393 CONSTANT FX32=FAIXA_NULA ; 32 8,192~8,448 1,393~1,436 CONSTANT FX33=FAIXA_NULA ; 33 8,448~8,704 1,436~1,480 CONSTANT FX34=FAIXA_NULA ; 34 8,704~8,96 1,480~1,523 CONSTANT FX35=FAIXA_NULA ; 35 8,96~9,216 1,523~1,567 CONSTANT FX36=FAIXA_NULA ; 36 9,216~9,472 1,567~1,610

1


D:\Meus documentos\Conclusao\Software\SE9000.asm

; Tabela de controle do Buzzer CONSTANT BUZF0=D'1' ; Contínua CONSTANT BUZF1=D'10' ; 100 ms ON 400 ms OFF CONSTANT BUZF2=D'20' ; 100 ms ON 900 ms OFF CONSTANT BUZF3=D'50' ; Sem BIP

; Tabelas de controle de acionamento dos LED´s CONSTANT LDF0=b'00000100' ; Vermelho ativa CONSTANT LDF1=b'00000010' ; Laranja ativa CONSTANT LDF2=b'00000001' ; Verde ativa CONSTANT LDF3=b'00000000' ; Nenhum ativo

2


Anexo 2 – Simulação do circuito Receptor de 40kHz.


Neste anexo apresenta a simulação do circuito de recepção do sensor de estacionamento. Contém 12 paginasincluindo esta.


5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

V

Anexo 2 - Simulação e Esquematicos <RevCode>

Receptor - Pulsos 40kHz duração de 50ms

B

1 1Monday, August 29, 2005

Title

Size Document Number Rev

Date: Sheet of

Vin

V2es

V1es

V3es

Vsaida

Vaudio

5V

5V

0

0

0

C10R3

C8

10n

R26

R27

R28

V2

R4

D3

Q6C15

10n

V15V

Q3

V5 R1

R9R10

R30

R2

R31

R32

C4Q5

R33R19

R18

C21

1u

Q7

R20R21

R5

R22R29

R6

C16C19

R7C17

330pC5

C22

Q2

R11

R12C9


5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

V

820.9mV

5.000V

5.000V

2.326V

268.2mV

0V

-127.6e-18V

0V

0V

870.2mV 2.242V

268.2mV

2.822V

820.9mV

870.2mV

870.2mV

1.867V

621.2mV

59.08mV

5.000V

4.411V

268.2mV0V218.5mV

0V

0V

0V 0V

0V

0V



B

1 1Friday, October 07, 2005

Title


Date: Sheet of

Vin

V2es

V1es

V3es

Vsaida

Vaudio

5V

5V

0

0

0

C10R3

C8

10n

R26

R27

R28

V2

R4

D3

Q6C15

10n

V15V

Q3

V5 R1

R9R10

R30

R2

R31

R32

C4Q5

R33R19

R18

C21

1u

Q7

R20R21

R5

R22R29

R6

C16C19

R7C17

330pC5

C22

Q2

R11

R12C9


5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

V



B

1 1Friday, October 07, 2005

Title


Date: Sheet of

Vin

V2es

V1es

V3es

Vsaida

Vaudio

5V

5V

0

0

0

C10R3

268.2uA

C8

10n

R26

R27

844.4nA

R28845.2nA

V20A

R4

268.2uA

D3

8.488uAQ6

267.3uA

845.2nA

C15

10n

V15V

1.014mA

Q3

267.4uA

844.4nA

V50A R1218.5uA

R987.87uA R10

267.4uA

R309.317uA

R28.209uA

R319.136uA

R3258.90uA

C4Q5

1.281e-30A

128.1e-30A-129.4e-30A

R3359.08uA

R1987.02uA

R180A

C21

1u

Q7 58.90uA

180.6nA -59.08uA

R2087.87uA

R21275.8uAR5217.8uA

R22268.2uA R29

8.488uA

R68.892uA

C16C19

R7218.5uA C17

330pC5

C22

Q2

217.8uA

682.9nA -218.5uA

R1187.02uA

R12

268.2uA

C9


Date/Time run: 08/29/05 09:08:02** Profile: "SCHEMATIC1-tst" [ D:\Meus documentos\Conclusao\Simula\Reception\recept-schematic1-tst.sim ]

Temperature: 27.0

Date: August 29, 2005 Page 1 Time: 09:10:13

(A) recept-SCHEMATIC1-tst.dat (active)

Time

0s 100ms 200ms 300ms 400ms 500msV(R26:1)

820.8mV

820.9mV

821.0mV

821.1mV

821.2mV



Temperature: 27.0



Time

5.00ms 10.00ms 15.00ms 20.00ms 25.00ms 30.00ms 35.00ms 40.00ms1.34msV(R26:1)

820.82000mV

820.84000mV

820.86000mV

820.88000mV

820.90000mV

820.80135mV

820.91381mV



Temperature: 27.0



Time

3.55000ms 3.60000ms 3.65000ms3.50435ms 3.69549msV(R26:1)

820.89500mV

820.90000mV

820.89070mV

820.90207mV



Temperature: 27.0



Time

0s 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms 300ms 350ms 400ms 450ms 500msV(Q2:C)

2.816V

2.818V

2.820V

2.822V

2.824V



Temperature: 27.0



Time

0s 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms 300ms 350ms 400ms 450ms 500msV(V2ES)

2.28V

2.30V

2.32V

2.34V

2.36V

2.38V



Temperature: 27.0



Time

0s 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms 300ms 350ms 400ms 450ms 500msV(V3ES)

0V

1.0V

2.0V

3.0V

4.0V



Temperature: 27.0



Time

0s 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms 300ms 350ms 400ms 450ms 500msV(R29:2)

1.8V

2.0V

2.2V

2.4V

2.6V

2.8V



Temperature: 27.0



Time

0s 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms 300ms 350ms 400ms 450ms 500msV(VSAIDA)

1.0V

2.0V

3.0V

4.0V

5.0V


Anexo 3 – Resultados das medidas das distâncias.


Neste anexo apresenta os valores medidos na detecção de objetos do sensor de estacionamento. Contém 5páginas incluindo esta.


Anexo 3 - Resultados das medidas das distâncias

Resultados obtido em conjunto com as tabelas do item 2 do relatorio, estas figuras mostram a repostado eco após o estagio 3 e após diodo (envoltória) repectivamente.

Figura A3.1 – Distância de 85cm veiculo ao poste platico em 0°





Foi selecionado algumas medidas para registrar a forma de medição do tempo em que o software estarealizando.


Anexo 4 – Simulação do circuito do transmissor com trafo de pulso.


Neste anexo apresenta a simulação do transmissor com trafo de pulso do sensor de estacionamento. Contém 6páginas incluindo esta.


5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

V

ANEXO 4 A

Circuito Transmissão - com trafo pulso

1 1Wednesday, August 24, 2005

Title


Date: Sheet of

0

0

0

12V

12V

12V

0

12V

0

0

Q1R1

R15

C1 R5

Q2

R14

V112V

R3

R2

C2

R10 Q8

C7

R6

C4

Q3

C6

R7

R4

Q4

C3

TX3

L11 2

V2

TD = 0.001u

TF = 0.001uPW = 12.5uPER = 25u

V1 = 0

TR = 0.001u

V2 = 5

C5

R8

R9


Date/Time run: 08/24/05 10:05:35** Profile: "SCHEMATIC1-teste" [ D:\Meus documentos\Conclusao\Simula\transm\transmite-schematic1-teste....

Temperature: 27.0


(E) transmite-SCHEMATIC1-teste.dat (active)

Time

0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us 350us 400usV(R2:1) V(TX3:1) V(R14:2,R14:1)

-40V

-20V

0V

20V

40V



Temperature: 27.0


(A) transmite-SCHEMATIC1-teste.dat (active)

Time

0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us 350us 400usV(R14:2,R14:1)

-40V

-20V

0V

20V

40V



Temperature: 27.0



Time

0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us 350us 400usV(R2:1)

0V

1.0V

2.0V

3.0V

4.0V

5.0V



Temperature: 27.0



Time

0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us 350us 400usV(R12:1)

-5V

0V

5V

10V

15V


Anexo 5 – Simulação do circuito do transmissor sem trafo de pulso.


Neste anexo apresenta a simulação do transmissor com trafo de pulso do sensor de estacionamento. Contém 8páginas incluindo esta.


5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

V+ V-

ANEXO 5 A

Circuito Transmissão - sem trafo pulso


Title


Date: Sheet of

0

0

0

12V

12V

12V

0

00

Q1R1

C1 R5

R10Q2

V112V

R3

R2

C2

C4

R6 Q3

L51 2

R11

R7

R4

C7

C3

Q4

L41 2

C5

V2

TD = 0.001u

TF = 0.001uPW = 12.5uPER = 25u

V1 = 0

TR = 0.001u

V2 = 5

R8

R9

C8


Date/Time run: 08/29/05 10:22:28** Profile: "SCHEMATIC1-teste" [ D:\Meus documentos\Conclusao\Simula\tRANSM\transmite-schematic1-teste....

Temperature: 27.0



Time

0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10msV(R11:2,C8:2)

-50V

0V

50V



Temperature: 27.0



Time

1.56ms 1.60ms 1.64ms 1.68ms 1.72ms 1.76ms 1.80ms 1.84ms 1.88ms 1.92msV(R11:2,C8:2)

-10.0V

0V

10.0V

20.0V

-17.9V

26.1V


5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

V+ V-

ANEXO 5 A

Circuito Transmissão - sem trafo pulso


Title


Date: Sheet of

0

0

0

12V

12V

12V

0

00

Q1R1

C1 R5

R10Q2

V112V

R3

R2

C2

C4

R6 Q3

R11

R7

R4

C7

C3

Q4

L41 2

C5

V2

TD = 0.001u

TF = 0.001uPW = 12.5uPER = 25u

V1 = 0

TR = 0.001u

V2 = 5

R8

R9

C8



Temperature: 27.0



Time

0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10msV(R11:2,C8:2)

-10V

-5V

0V

5V

10V

15V

20V



Temperature: 27.0



Time

0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0msV(R11:2,C8:2)

-10V

-5V

0V

5V

10V

15V

20V



Temperature: 27.0



Time

300.0us 320.0us 340.0us 360.0us 380.0us 400.0us 420.0us 440.0us 460.0usV(R11:2,C8:2)

-10.0V

-5.0V

0V

5.0V

10.0V

15.0V

18.9V


Anexo 6 – Esquemático completo – SE9000.


Neste anexo apresenta o diagrama esquemático com todos os circuitos do sensor de estacionamento. Contém2 páginas incluindo esta.


A

B

D

C

E

A

B

D

C

E

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

DESENHADO PROJETADO

CARIMBO:DESCRIÇÃO:

CÓDIGO:

DATA

NOME

REV. DESCRIÇÃO DA ALTERAÇÃO DATA

SE9000

11150179-3 01

DIAGRAMA ESQUEMATICO

E:\Projetos de CI\Concluidos\31300243_8\X0\31300243_X0.ddb - Placa\11150179_01.Sch

12:54:547-Oct-2005

MNEM.:

ESTE

DO

CU

MEN

TO

DA

JCAE

DO

BR

ASIL

, NÃO

DEV

ESE

R C

OM

UN

ICAD

O, C

OPI

ADO

OU

USA

DO

SEM

LIB

ERAÇ

ÃOD

A C

OM

PAN

HIA

.

É D

E P

RO

PRIE

DAD

E

CONFERIDO

REVISÃO:

SUBSTITUI:

SUBSTITUIDO:

MATERIAL: DIMENSÕESEM

MILÍMETROSPROJEÇÃO EM

1o. DIEDRO

ESC.:

TOL.:S/E

PLACA: REVISÃO:

11FL.:

de

R2

R3

C1

TR1 TR2

R5

C2

R8 R11

C4

R7R12

C26

C5C3

R9

TR3

R14 R17

R19

C7C6

R15

D1

R20 C8

R21

TR4

R23

R24

C10

R1

S1_TR

5V

TR5 TR7

TR6 TR8C14

C13 R34

R35

C11 R27

R28

R30

R31

R37

R38 C17

C16L1 L2

S2_TR

S3_TR S4_TR

S1_TR

S2_GND

S3_GND S4_GND

S1_GND

12V12V

S2_TR

S3_TR

S4_TR

S2_TR

S3_TR

S4_TR

S1_TR

S2_GND

S3_GND

S4_GND

S1_GND

BAT_RE

GND

+ BUZZER

- BUZZERC56

C57

R124

R123

D4

R125

C58Z1

TR30

C59

12V 5V

PT1 PT2

PT3

PT4

PT7

PT6

PT5PT8

PT9

PT10

PT12

PT11

PT14

PT56

PT13 PT16

PT17

PT15

PT18

PT19 PT20

PT21

PT25 PT31

PT30

PT27

PT28

PT35

PT33

PT34

PT39

PT37

PT36

PT38

PT126 PT127PT128

PT129

PT130BAT_RE

GND

R81

EST_21 EST_31EST_11

R82

R162

BZ1

R130

TR37

12V

PT133

PT162

PT163

+ BUZZER

- BUZZER

R91 TR23

LED_VM

LED_AM

LED_VD

LED_VM

LED_AM

LED_VD

R9412V

R128 TR31

R13112V

R129 TR32

R13212V

LED_GND

LED_GND

PT92

PT93

PT137

PT134

PT94

PT139PT136

PT138PT135

R55

R56

C25

TR13 TR14

R58

C28

R62 R65

C30

R60R66

C27

C31C29

R63

TR15

R69 R72

R74

C33C32

R70

D2

R76 C34

R77

TR16

R79

R80

C36

R54

5V

PT55 PT58

PT59

PT60

PT63

PT62

PT61PT64

PT65

PT66

PT68

PT67

PT70

PT57

PT69 PT72

PT73

PT71

PT74

PT75 PT76

PT77

R68

EST_21

R75

EST_31

R61

EST_11

R98

R99

C45

TR26 TR27

R101

C47

R104 R107

C49

R103R108

C46

C50C48

R105

TR28

R110 R113

R115

C52C51

R111

D3

R116 C53

R117

TR29

R119

R120

C55

R97

5V

PT103 PT105

PT106

PT108

PT111

PT110

PT109PT112

PT113

PT114

PT116

PT115

PT118

PT104

PT117 PT120

PT121

PT119

PT122

PT123 PT124

PT125

EST_22 EST_32EST_12

R134

R135

C61

TR33 TR34

R137

C63

R141 R144

C65

R139R145

C62

C66C64

R142

TR35

R148 R151

R153

C68C67

R149

D5

R155 C69

R156

TR36

R158

R159

C71

R133

5V

PT140 PT142

PT107

PT143

PT146

PT145

PT144PT147

PT148

PT149

PT151

PT150

PT153

PT141

PT152 PT155

PT156

PT154

PT157

PT158 PT159

PT160

R147

EST_22

R154

EST_32

R140

EST_12

CONECTOR (CN1)

XT1R84

VDD1

OSC12

OSC23

RA34

RC55

RC46

RC37 RC2 8

RC1 9

RC0 10

RA2 11

RA1 12

RA0 13

VSS 14U1

TX

RX

AN_S1

AN_S2

AN_S2

AN_S2

AN_S2

L_VM

L_AM

L_VD

L_VM

L_AM

L_VDBUZZ

BUZZR121

R122

R160

R161

AN_S1

AN_S1

AN_S1

5V

C38

5V

RS232_TX

RS232_RX

C76

RS232GND

RECEPTOR 4 CANAIS TRANSMISSOR 4 CANAIS

C73

MICROCONTROLADOR

C75

INTERFACE VISUAL

C74

INTERFACE SONORA

C72

R1IN13

R2IN8

T1IN11

T2IN10

C1+1

C1-3

C2+4

C2-5

V+2

V-6

T2OUT 7

T1OUT 14

R2OUT 9

R1OUT 12

GND 15

VCC 16

U2

RS232_TX

RS232_RXTX

RX

5V

RS232GND

FONTE 5V e 12V

AN_TX

AUXILIAR NA DEPURAÇÃO DO SISTEMA.

R25

INTERFACE SERIAL RS 232

R26AN_S2

AN_S1

AN_S2

R126

R127

5V

AN_TX

PT22

PT23

PT24

PT89

PT131

PT132

PT161

C40

00 EMISSÃO DOCUMENTO ECR0XX/05

ANDRE ROBERTO/ANDRE

05/05/05 05/05/05

31300243-8 X?

NOTA: COMPONENTES NÃO INTEGRAM AO PRODUTO, SOLUÇÃO PARA

TR9 TR11

TR10 TR12

C21

C20 R48

R49

C18 R40

R41

R43

R44

R51

R52 C24

C23L3 L4

12V12V

PT41 PT47

PT46

PT43

PT44

PT50

PT48

PT49

PT54

PT52

PT51

PT53

AN_TX

PT40

TR17 TR19

TR18 TR20

C37

C15 R36

R87

C12 R29

R83

R32

R86

R39

R88 C41

C39L5 L6

12V12V

PT26 PT32

PT29

PT79

PT80

PT83

PT81

PT82

PT87

PT85

PT84

PT86

AN_TX

PT78

TR21 TR24

TR22 TR25

C42

C22 R50

R95

C19 R89

R90

R45

R93

R53

R96 C44

C43L7 L8

12V12V

PT42 PT95

PT45

PT90

PT91

PT98

PT96

PT97

PT102

PT100

PT99

PT101

AN_TX

PT88

R85

R33

R92

R47

R46

R42

S1_TR

S1_GND

S1_TR

S1_GND

S1_TR

S1_GND

CN1A

CN1B

CN1C

CN1D

CN1E

CN1F

CN1G

CN1H

CN1I

CN1J

CN1K

CN1L

CN1R

CN1M

CN1O

CN1P

CN1Q

CN1T

CN1S

01

02

03

04

05

06

07

08

09

10

11

12

18

13

15

16

17

20

19

GND

CN1N14

JP1 JP2

Ñ MONTADO Ñ MONTADO

JP5 JP6


JP7 JP8


JP3 JP4


C9

C60

C35

C54

C70

R4 R10 R16

R6 R13 R18

R22

R57 R64 R71

R59 R67 R73

R78

R100 R106 R112

R102 R109 R114

R118

R136 R143 R150

R138 R146 R152

R157

Ñ MONTADO

Ñ MONTADO

Ñ MONTADO

Ñ MONTADO

Não montado com 2 sensores e mntado com 4 sensores.

Não montado com 2 sensores e mntado com 4 sensores.


Anexo 7 – Resultados das medidas dos circuitos TX e RX.


Neste anexo apresenta as formas de ondas dos circuitos do sensor de estacionamento. Contém 6 páginasincluindo esta.


Anexo 7 – Sensor de Estacionamento

Medidas e testes executados no circuito do SE9002.

Neste Anexo encontra-se as formas de onda retirada do circuito de recepao e detransmissão.

1. Medida na capsula TX e RX no momento da transmissão dos dez pulsos;

Figura A7.1 – Sinal na capsula de RX e TX

No primeiro momento apresenta os 10 pulsos após esse tempo existe um tempo deamortecimento.



Figura A7.2 – Tempo total de TX

Figura A7.3 – Pulsos de 40kHz de TX



Figura A7.4 – Intervalo de 50ms de transmissão.

2. Medida na entrada (1) e saída (2) do primeiro estagio;

Figura A7.5 – Forma de ondas antes e depois TR1



3. Medida na entrada(1) e saída (2) de segundo estagio;


4. Medida na entrada(1) e saída (2) do terceiro estagio;




5. Medida na entrada(1) e saída (2) do diodo;

Figura A7.8 – Forma de ondas antes e depois D1

6. Medida do sinal da involtoria;



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