SISTEMA INTEGRADO DE MONITORAMENTO DE SISTEMAS DE ENERGIA DE EMERGÊNCIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA SÃO

FRANCISCO

JACAREÍ - SP

SISTEMA INTEGRADO DE MONITORAMENTO DE SISTEMAS DE ENERGIA DE EMERGÊNCIA

Diego Yañez dos Santos

Trabalho de Conclusão de Curso

FACULDADE DE TECNOLOGIA

SÃO FRANCISCO – FATESF

Curso de Engenharia de Controle e Automação


Autor: Diego Yañez dos Santos

Orientador: Prof. José Bianchi Neto

Jacareí – Dezembro / 2012

Trabalho de Conclusão de Curso

FACULDADE DE TECNOLOGIA

SÃO FRANCISCO – FATESF

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E

AUTOMAÇÃO

CERTIFICADO DE APROVAÇÃO

Título: SISTEMA INTEGRADO DE MONITORAMENTO DE SISTEMAS DE ENERGIA DE EMERGÊNCIA

Aluno: Diego Yañez dos Santos

MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA

__________________________________

Prof.

___________________________________

Prof.

Orientador: Prof. José Bianchi Neto

Jacareí, de Dezembro de 2012

Agradecimentos

Primeiramente a Deus, pois sem Ele, nada seria possível.

Ao meu orientador, Prof. José Bianchi Neto, pelos ensinamentos, conselhos,

sugestões e pela confiança depositada para o desenvolvimento deste trabalho.

Aos meus pais, irmãos e namorada pela paciência, carinho e incentivo nos

momentos difíceis.

À Faculdade de Tecnologia São Francisco – FATESF, por conceder seus

laboratórios, ferramentas e instrumentos para a concretização deste trabalho.

Ao Destacamento de Proteção do Espaço Aéreo de Marte e todos os líderes que de

alguma forma contribuíram e me apoiaram para que esse trabalho pudesse se

concretizar.

E a todos aqueles que de uma forma ou outra contribuíram e me incentivaram para o

desenvolvimento desse trabalho.

RESUMO


Os sistemas de energia de emergência se tornaram fundamentais em nosso

cotidiano, pois eles garantem a confiabilidade e a qualidade necessária a quaisquer

serviços, especialmente aqueles ditos essenciais, que tem se desenvolvido a cada

dia.

Com o sistema integrado de monitoramento de sistemas de energia de

emergência, empresas e instituições poderão gerenciar remotamente através da

internet ou intranet os parâmetros básicos, garantindo a confiabilidade e segurança

para o perfeito funcionamento dos seus grupos geradores e fontes ininterruptas de

energia, tornando-se uma excelente ferramenta de apoio para a execução da

manutenção preventiva e corretiva nestes sistemas.

Palavras-chave: Monitoramento remoto. Grupo geradores. Fontes ininterruptas de

energia. Manutenção preventiva.

ABSTRACT

INTEGRATED SYSTEM MONITORING OF EMERGENCY POWER SYSTEMS

The emergency power systems have become essential in our daily life,

because they ensure the reliability and quality required any services, especially those

so-called essential, which has developed every day.

With the integrated monitoring of emergency power systems, companies and

institutions can manage remotely over the internet or intranet basic parameters

ensuring the reliability and security for the perfect functioning of their generators and

uninterruptible power sources, becoming an excellent tool to support the

implementation of preventive and corrective maintenance on these systems.

Keywords: Remote monitoring. Group generators. Sources Uninterrupted Power.

Preventive maintenance.

Lista de figuras

Figura 1 - Gráfico referente ao consumo e oferta de energia de 2003-2012.............16

Figura 2 - Diagrama de blocos do protótipo...............................................................18

Figura 3 - Motor Diesel CUMMINS modelo 6CT8.3 visto em corte...........................20

Figura 4 - Funcionamento do UPS do tipo “On-line”..................................................22

Figura 5 - Funcionamento do UPS do tipo “line-interactive”......................................22

Figura 6 - Funcionamento do UPS do tipo “Standby”................................................23

Figura 7 - Arquitetura Von Neumann e Harvard.........................................................24

Figura 8 - Transformador de corrente........................................................................29

Figura 9 - Circuito Shunt............................................................................................29

Figura 10 - Bobina de Rogowski................................................................................30

Figura 11 - Principio físico do sensor de efeito Hall...................................................31

Figura 12 - Transformador de medida.......................................................................32

Figura 13 - Circuito básico de um divisor de tensão..................................................32

Figura 14 - Emissão e recepção de um pulso emitido por um sensor ultrassônico...33

Figura 15 - Faixa espectral do comprimento de onda de luz visível..........................34

Figura 16 - Sistema por barreira................................................................................35

Figura 17 - Sistema por difusão.................................................................................36

Figura 18 - Sistema por reflexão................................................................................36

Figura 19 - Infraestrutura de um sistema de monitoramento pela internet................37

Figura 20 - Arduino Shield Internet............................................................................38

Figura 21 - Placa Arduíno uno com indicação do número de portas.........................40

Figura 22 - Sensor de temperatura LM-35.................................................................42

Figura 23 - Montagem do sensor LM 35....................................................................42

Figura 24 - Layout da PCI do sensor de Temperatura e a Placa concluída...............44

Figura 25 - Sensor de tensão DC..............................................................................44

Figura 26 - Layout da PCI do sensor de Tensão DC e a Placa concluída.................45

Figura 27 - Resistor shunt de 0.10 Ω com 5 W de potência......................................46

Figura 28 - Sensor de corrente DC............................................................................46


Figura 30 - Sensor de porta aberta............................................................................48


Figura 32 - Sensor de tensão AC...............................................................................50

Figura 33 - Layout da PCI do sensor de Tensão AC e a Placa concluída..................51

Figura 34 - Sensor de corrente ACS712-30...............................................................52

Figura 35 - Diagrama de pinagem e aplicações típicas.............................................53

Figura 36 - Sensor de Corrente AC...........................................................................53

Figura 37 - Fototransistor e LED emissor..................................................................54

Figura 38 - Sensor de RPM.......................................................................................54

Figura 39 - Layout da PCI do sensor de RPM e a Placa concluída...........................55

Figura 40 - Sensor ultrassônico HC-SR04 da Iteadstudio.........................................55

Figura 41 - Reservatório utilizado no protótipo..........................................................57

Figura 42 - Sensor ultrassônico.................................................................................57

Figura 43 - Sensor de chama da Rfrobot...................................................................58

Figura 44 - Curva espectral do sensor de chama......................................................59

Figura 45 - Sensor de chama....................................................................................60

Figura 46 - Estrutura básica do programa do protótipo.............................................61

Figura 47 - Declaração dos dados para inicialização da comunicação.....................62

Figura 48 - Interface gráfica para acesso pela internet ou rede interna....................62

Figura 49 - Tela do serial monitor do IDE Arduíno 1.0.1............................................63








Lista de gráficos

Gráfico 1 - Teste de Precisão do Sensor de Temperatura.........................................74

Gráfico 2 - Teste de Precisão do Sensor de Tensão DC............................................74

Gráfico 3 - Teste de Precisão do Sensor de Corrente DC.........................................75

Gráfico 4 - Teste de Precisão do Sensor de Tensão AC............................................75

Gráfico 5 - Teste de Precisão do Sensor de Corente AC...........................................76

Gráfico 6 - Teste de Precisão do Sensor de RPM.....................................................76

Gráfico 7 - Teste de Precisão do Sensor de nível de Combustível............................77

Lista de tabelas

Tabela 1 - Tabela de dimensionamento de portas do microcontrolador.....................41

Tabela 2 - Valores encontrados com as medições e o percentual do erro relativo....70







Lista de Abreviaturas e Siglas

AC Corrente Alternada (Alternating Current)

ADC Conversor Analógico Digital (Analog to Digital Converter)

CISC Computador com um Conjunto Complexo de Instruções

CPU Unidade Central de Processamento (Central Processing Unit)

DC Corrente Contínua (Direct Current)

DPS Processadores Digitais de Sinais

EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory

FATESF Faculdade de Tecnologia São Francisco

HTML Linguagem de Marcação de Hipertexto (HyperText Markup Language)

I/O Entrada e Saída (Input and Output)

IP Protocolo de Interconexão (Internet Protocol)

IR Infravermelho (Infrared)

KF Casa de Força

LAN Rede Local (Local Area Network)

LED Diodo Emissor de Luz (Light Emission Diode)

MCI Motor de Combustão Interna

PCI Placa de Circuito Impresso

QEE Qualidade da Energia Elétrica

RAM Memória de Acesso Aleatório (Random Access Memory)

RISC Computador com um Conjunto Reduzido de Instruções

RPM Rotações Por Minuto

TC Transformador de Corrente

TCP Protocolo de Controle de Transmissão (Transmission Control Protocol)

ULA Unidade Lógica Aritmética

UPS Fonte Ininterrupta de Energia (Uninterruptible Power Supply)

USB Universal Serial Bus

WAN Rede Geograficamente distribuída (Wide Area Network)

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................15

1.1 Apresentação do Problema...........................................................................16

1.2 Objetivo do Trabalho......................................................................................17

1.3 Estrutura do Trabalho....................................................................................18

2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS...............................................................................19

2.1 Definição de um sistema de energia emergencial......................................19

2.1.1 Grupos Geradores.....................................................................................19

2.1.2 Componentes e sistemas do MCI..............................................................20

2.2 Fonte Ininterrupta de Energia.......................................................................21

2.2.1 UPS do tipo “ON-LINE”..............................................................................21

2.2.2 UPS do tipo “LINE-INTERACTIVE”...........................................................22

2.2.3 UPS do tipo “PASSIVE STAND-BY”..........................................................23

2.3 Microcontroladores........................................................................................23

2.3.1 Arquiteturas dos microcontroladores.........................................................24

2.3.2 Principais componentes de um microcontrolador......................................25

2.3.2.1 Unidade de memória..............................................................................25

2.3.2.2 Unidade Lógica Aritmética (ULA)............................................................26

2.3.2.3 Temporizadores e contadores.................................................................26

2.3.2.4 Interfaces de entrada e saída (I/O).........................................................26

2.3.2.5 Conversor Analógico-Digital (ADC)........................................................26

2.3.2.6 Interrupções............................................................................................27

2.4 Sensores.........................................................................................................27

2.4.1 Tipos de Sensores.....................................................................................28

2.4.2 Sensores de Corrente................................................................................28

2.4.3 Sensor de Tensão......................................................................................31

2.4.4 Sensores Ultrassônicos.............................................................................33

2.4.5 Sensores Ópticos......................................................................................34

2.5 Internet Embarcada........................................................................................36

3 PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO...........................................................................39

3.1 Visão geral do projeto....................................................................................39

3.2 Dimensionamento do microcontrolador......................................................39

3.3 Sensores para monitoramento do UPS........................................................41

3.3.1 Sensor de Temperatura.............................................................................41

3.3.2 Sensor de Tensão DC................................................................................44

3.3.3 Sensor de Corrente DC.............................................................................45

3.3.4 Sensor de Porta Aberta.............................................................................47

3.4 Sensores para monitoramento do grupo gerador.......................................49

3.4.1 Sensor de Tensão AC................................................................................49

3.4.2 Sensor de Corrente AC..............................................................................51

3.4.3 Sensor de RPM.........................................................................................53

3.4.4 Sensor de Nível de Combustível...............................................................55

3.4.5 Sensor de Chama......................................................................................58

3.5 Implementação do Software..........................................................................60

3.5.1 Software Base...........................................................................................60

3.5.2 Software Visual..........................................................................................62

4 TESTES E RESULTADOS EXPERIMENTAIS.......................................................63

4.1 Teste de funcionalidade dos sensores.........................................................63




4.1.4 Sensor de Porta aberta..............................................................................65



4.1.7 Sensor de RPM.........................................................................................67

4.1.8 Sensor de Nível.........................................................................................68

4.2 Teste de precisão dos sensores...................................................................68






4.2.6 Sensor de RPM.........................................................................................72

4.2.7 Sensor de Nível de combustível................................................................73

4.3 Gráficos do teste de precisão.......................................................................74

5 CONCLUSÃO.........................................................................................................78

5.1 Melhorias e propostas futuras......................................................................78

6 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA...........................................................................80

7 APÊNDICES...........................................................................................................83

7.1 Apêndice A......................................................................................................83

7.2 Apêndice B......................................................................................................84

8 ANEXOS.................................................................................................................91

8.1 Anexo A...........................................................................................................91

8.2 Anexo B...........................................................................................................96

8.3 Anexo C............................................................................................................98

1 INTRODUÇÃO

Problemas de Qualidade de Energia Elétrica - QEE ou interrupções nos

serviços de fornecimento se tornaram situações comuns cotidianamente e tem

afetado processos industriais inteiros, resultando em grandes prejuízos econômicos.

Uma das principais invenções do século passado, a energia elétrica, tornou-

se essencial para o funcionamento de qualquer aparelho eletrônico e com os

avanços tecnológicos, surgiram os “sistemas sem interrupção”, aqueles que não

podem ser interrompidos em nenhum momento, como por exemplo, equipamentos

de hospitais, bancos e aeroportos, pois o não funcionamento destes equipamentos

pode causar sérias consequências. Um estudo realizado sobre falhas em sistemas

de operação crítica mostra que aproximadamente 60% das interrupções das

operações são provocadas por algum problema relacionado ao fornecimento ou à

infraestrutura de energia elétrica, como por exemplo: falta de energia, blecautes,

falhas em transformadores e falhas em chaves de transferência automática (PAULO

MARIN, 2009).

Com o crescente consumo de energia elétrica pelas empresas e até mesmo

pela população, companhias do setor energético não têm suprido a demanda em

determinadas regiões e buscam incansavelmente desenvolver novas tecnologias

capazes de mitigar possíveis consequências que possam ocorrer no futuro com o

fornecimento da energia elétrica no país. A figura 1 ilustra a oferta e demanda de

energia elétrica no período de 2003 a 2012 no Brasil.

Figura 1 - Gráfico referente ao consumo e oferta de energia de 2003-2012

Fonte: Folha de São Paulo, 2012.

Diante de todas estas limitações, empresas e instituições têm buscado

recursos para melhorarem a qualidade de suas energias e tem adotado sistemas de

energia de emergência confiáveis e capazes de intervir em possíveis falhas do

fornecimento de energia comercial, a fim de não pararem todos os seus processos.

O emprego de grupo gerador a combustão e fontes ininterruptas de energia

têm sido as alternativas mais viáveis e que tem apresentado melhores resultados,

pois com a utilização destes sistemas é possível garantir uma energia contínua e

livre de oscilações e ruído, assegurando o pleno funcionamento de todos os

processos.

1.1 Apresentação do Problema

Até mesmo lugares equipados com sistemas de energia de emergência não

estão isentos de apresentarem falhas ou até mesmo interrupções em seus

processos, sejam eles por falta de um sistema de contingência ou simplesmente por

não possuírem um plano de manutenção preventiva eficaz.

A ideia da criação deste protótipo foi concebida com uma situação real

ocorrida no meu local de trabalho. O aeroporto campo de marte, localizado na zona

norte de São Paulo e o 5º maior aeroporto em movimentos de aeronaves do país

(INFRAERO, 2012), no mês de agosto do ano de 2011 teve suas atividades

interrompidas devido a falhas em seu sistema de energia de emergência.

A situação ocorreu devido a uma série de falhas. Após a interrupção da

energia comercial, o grupo gerador falhou em suas tentativas de partida, e todo

sistema ficou sendo alimentado através do UPS. Durante este tempo, nenhum

técnico foi acionado e a autonomia das baterias do UPS cessou o que fez desligar

todos os equipamentos da torre de controle, inviabilizando as operações por

aproximadamente 2 horas, até o restabelecimento da situação.

Se o aeroporto fosse provido de um sistema de monitoramento remoto do

grupo gerador e do UPS, certamente os responsáveis pela manutenção

conseguiriam intervir com rapidez e eficiência, minimizando ou até mesmo

eliminando todas as consequências que ocorridas neste dia.

1.2 Objetivo do Trabalho

A ideia de desenvolver este protótipo é fazer com que sistemas de energia de

emergência de diferentes lugares, possam ser monitorados remotamente através de

uma rede local de computadores (LAN) ou pela rede mundial de computadores

(WAN), conhecida por internet, na qual um sistema composto por elementos

sensores, um microcontrolador e uma interface ethernet transmitirão as informações

para os responsáveis através da rede, propiciando maior segurança na operação,

rapidez na resolução de possíveis problemas, redução de gastos com mão de obra e

consequentemente uma melhor qualidade e confiabilidade no processo de

manutenção.

Com a implantação deste sistema, os responsáveis pela manutenção poderão

facilmente ficar informados sobre quaisquer ocorrências no sistema e em qualquer

hora e local poderão monitorar os parâmetros básicos do UPS, tais como

temperatura local, tensão e corrente das baterias e potência consumida, e os

parâmetros do grupo gerador, tais como tensão e corrente, potência gerada, número

de rotações, frequência do gerador e nível de combustível, além de possuir um

sistema de detecção de fogo e de porta aberta, tudo isso visando à garantia do

correto funcionamento do sistema e das operações. Outra vantagem seria que uma

vez descoberta à causa de um problema, as informações fornecidas pelo sistema

agilizariam a preparação dos materiais e a mobilização de uma equipe para a

manutenção corretiva dos equipamentos.

A figura 2 ilustra em diagramas de bloco como será o principio de

funcionamento do protótipo.

Figura 2 - Diagrama de blocos do protótipo

.

1.3 Estrutura do Trabalho

Este trabalho está organizado em cinco capítulos: introdução, fundamentos

teóricos, implementação, testes e resultados e conclusão.

No capítulo 2 serão apresentados os principais fundamentos teóricos para o

desenvolvimento do protótipo, onde descrevemos os conceitos básicos de grupo

geradores, UPS, microcontroladores, sensores e internet embarcada.

No capitulo 3 serão descritos todas as etapas de implementação de hardware

e software, incluindo passo a passo dos dimensionamentos e montagens de cada

um módulos sensores, no capítulo 4 serão apresentados os resultados dos testes de

funcionalidade e de precisão e, no capítulo 5, a conclusão e as propostas e

melhorias futuras que serão estudadas para a complementação futura deste

trabalho.

2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Este capítulo tem como objetivo apresentar os fundamentos teóricos das

tecnologias utilizadas no processo de desenvolvimento do protótipo.

2.1 Definição de um sistema de energia emergencial

Todos os sistemas de energia emergenciais devem conter elementos que

garantam a continuidade e qualidade da alimentação das cargas selecionadas para

funcionar ininterruptamente. Esses elementos são basicamente os grupos geradores

a combustão (a Diesel, em sua maioria), juntamente com as fontes ininterruptas de

energia, descritas pelo acrônimo UPS.

2.1.1 Grupos Geradores

Um grupo gerador é composto basicamente por um MCI (Motor de

Combustão Interna), que é a fonte geradora de energia mecânica e de um gerador

de corrente alternada, denominado alternador, que é uma máquina síncrona que tem

por finalidade transformar a energia mecânica do MCI em energia elétrica a partir do

consumo de combustível, geralmente gás ou óleo diesel. (JOSE CLÁUDIO). Os

grupos geradores são construídos com características especiais que os tornam

apropriados para diversas aplicações. Para o dimensionamento adequado do grupo

gerador, deve-se considerar quais os tipos de carga que serão alimentadas e quais

as condições e características do local, tais como temperatura, altitude, nível de

contaminação do ar por partículas sólidas, qual é o regime de operação do grupo

gerador e também quais são os seus níveis de ruído acústico.

2.1.2 Componentes e sistemas do MCI

Em geral, um MCI é composto dos seguintes componentes e sistemas:

a) Cabeçote, caixa de balancins e suspiro do Cárter;

b) Bloco;

c) Cárter;

d) Sistema de combustível;

e) Sistema de lubrificação;

f) Sistema de arrefecimento;

g) Sistema de admissão de ar;

h) Turbocompressor;

i) Regulador de velocidade;

j) Trocador de calor;

k) Tanque de combustível;

l) Sistema de acoplamento;

m) Circulação de ar;

n) Sistema de partida.

A Figura 3 ilustra um MCI da fabricante Cummins em corte com o nome de

suas principais partes.

Figura 3 - Motor Diesel CUMMINS modelo 6CT8.3 visto em corte

Fonte: JOSE CLÁUDIO

2.2 Fonte Ininterrupta de Energia

Uma fonte de alimentação ininterrupta, também conhecida pelo acrônimo

UPS, é um equipamento cuja principal função é fornecer energia elétrica para as

cargas quando há interrupção ou variações significativas no fornecimento de energia

comercial (ROGGIA, 2010). Os UPS modernos usam três tipos de sistema: “on-line”,

“line-interactive” ou “passive stand-by”.

2.2.1 UPS do tipo “ON-LINE”

Um UPS do tipo “on-line” é ideal para ambientes onde o isolamento elétrico é

necessário ou quando existem equipamentos muito sensíveis às oscilações da rede

elétrica (LIMA, 2009).

Atualmente, os UPS do tipo “on-line” são os mais caros e normalmente são

utilizados para proteger grandes instalações. A razão de ser mais caro é devido a

sua capacidade de suportar correntes maiores, pois ele utiliza um retificador e um

conversor projetado para funcionar continuamente, mesmo quando a rede de

distribuição de energia está funcionando.

Em um UPS “on-line”, as baterias estão sempre conectadas ao inversor, para

que nenhuma transferência de energia seja necessária. Quando ocorre a perda de

energia, o retificador simplesmente não participa do circuito das baterias e mantém a

energia estável e inalterada. Quando a energia é restabelecida, o retificador retoma

a maior parte do transporte de cargas e começa a carregar as baterias. A principal

vantagem deste sistema é fornecer uma proteção entre a rede elétrica de entrada e

o equipamento, fornecendo uma camada de isolamento entre os dois circuitos,

permitindo o controle da tensão de saída, independente da tensão de entrada. A

figura 4 ilustra o funcionamento deste tipo de UPS.

Figura 4 - Funcionamento do UPS do tipo “On-line”

Fonte: LIMA, 2009

2.2.2 UPS do tipo “LINE-INTERACTIVE”

Um UPS do tipo “line-interactive” funciona de maneira similar a UPS do tipo

“Passive stand-by”, porém possui um transformador elétrico que pode adicionar ou

subtrair bobinas do transformador, aumentado ou diminuindo o campo magnético e,

consequentemente, aumentar e diminuir a tensão de saída (LIMA, 2009).

Este tipo de sistema é capaz de tolerar quedas de subtensão contínua e picos

de sobretensão sem consumir a energia da bateria, utilizando apenas seu

autotransformador. A figura 5 ilustra o funcionamento deste tipo de UPS.

Figura 5 - Funcionamento do UPS do tipo “line-interactive”

Fonte: LIMA, 2009

2.2.3 UPS do tipo “PASSIVE STAND-BY”

Um UPS do tipo “passive stand-by” apresenta somente um estágio de

conversão de energia, fornecendo proteção contra oscilações e reserva de energia

em uma bateria DC (ROGGIA, 2010). Com este tipo de UPS, o equipamento é

normalmente conectado diretamente à rede elétrica de entrada, com a mesma

tensão transitória de trabalho do UPS. Quando ocorre a variação da tensão de

entrada da rede elétrica o conversor DC/AC é ligado, na qual realiza a transferência

de energia da bateria aos equipamentos. O tempo de transição chega a variar entre

15 e 25 milissegundos, dependendo do tempo em que o UPS irá detectar a queda

na tensão de entrada. A figura 6 ilustra o funcionamento deste tipo de UPS.

Figura 6 - Funcionamento do UPS do tipo “Standby”

Fonte: LIMA, 2009

2.3 Microcontroladores

Um microcontrolador é um sistema computacional completo, composto por

uma CPU (Central Processor Unit), memória de dados e programa, um sistema de

clock, portas de I/O (Input/Output), além de outros periféricos, tais como, módulos de

temporização e conversores A/D entre outros, integrados em um mesmo

componente (WEBER).

Encontram-se também em um microcontrolador vários dispositivos eletrônicos

como conversor analógico digital, comparadores, interfaces de comunicação como

USB/SERIAL, geradores de pulsos, temporizadores, entre outros. Os

microcontroladores são muito populares devido ao seu baixo custo e fácil

implementação, possibilitando a solução de vários projetos que têm como prioridade

o baixo consumo de energia, variando na faixa de milliwatts (HORENSTEIN M. N,

2006).

Os microcontroladores possuem baixa frequência clock e são considerados

lentos comparados aos microprocessadores, no entanto eles são bastante

adequados para diversas aplicações.

Atualmente, grande parte dos componentes eletrônicos utilizados possuem

microcontroladores em sua arquitetura. Os microcontroladores possuem uma

capacidade de processamento que depende da família de processadores que os

mesmos utilizam. O microcontrolador que será utilizado neste protótipo é o arduino

modelo uno que baseia-se na família dos processadores ATmega328 da fabricante

ATMEL.

2.3.1 Arquiteturas dos microcontroladores

A estrutura interna dos microcontroladores pode possuir diversas formas, o

que impactará diretamente em sua capacidade de consumo de energia,

programação, armazenamento e desempenho. Os Microcontroladores que são

encontrados no mercado utilizam dois tipos de arquitetura, a de Von Neumann e a

de Harvard, ambas ilustradas pela figura 7.

Figura 7 - Arquitetura Von Neumann e Harvard

Fonte: Tecnosoluction

Microcontroladores que empregam arquiteturas que utilizam o modelo

Harvard são mais rápidos e são chamados de “RISC” (Reduced Instruction Set

Computer), que têm como principio a utilização de instruções de baixa

complexidade, reduzindo o tempo para a execução das instruções de máquina, já os

que utilizam o modelo Von Neumann são chamados de “CISC” (Complex Instruction

Set Computer), e são capazes de executar várias centenas de instruções complexas

diferentes, mas demoram muitos ciclos para serem executadas. O microcontrolador

ATmega 328, utilizado pelo microcontrolador arduíno, emprega em sua construção a

arquitetura RISC (ATMEL, 2012).

2.3.2 Principais componentes de um microcontrolador

Um microcontrolador pode ser subdividido em vários componentes. A seguir

serão descritos as principais partes dos sistemas microcontrolados.

2.3.2.1 Unidade de memória

A memória é um dos principais componentes de um microcontrolador arduíno.

Elas podem ser divididas em dois grupos, sendo eles: memória de programa

(FLASH) e memória de dados (RAM – Random Access Memory e EEPROM -

Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory). A utilização da memória

FLASH está diretamente relacionada com o armazenamento de tarefas que o

microcontrolador deve executar. Já a memória RAM e EEPROM são utilizadas para

armazenar os resultados e dados utilizados pelo microcontrolador. Apesar das

diferenças, ambas memórias possuem um tamanho limitado ao serem comparadas

com outros dispositivos.

Os valores de memória FLASH, RAM e EEPROM do microcontrolador

arduino, são 32 kB, 2kB e 1 kB respectivamente. Maiores informações poderão ser

consultadas no site www.arduinocc.com

http://www.arduinocc.com/

2.3.2.2 Unidade Lógica Aritmética (ULA)

A unidade lógica aritmética (ULA) é a responsável pelas operações lógicas

realizadas no microcontrolador. Ela é considerada a central de processamento do

dispositivo e tipicamente realiza operações lógicas, tais como comparação, maior,

menor, igual, operações booleanas como and, or, xor e operações aritméticas como

adição, subtração, incrementação, multiplicação e divisão.

2.3.2.3 Temporizadores e contadores

Os temporizadores e contadores são os responsáveis pela contagem de

tempo e a execução das rotinas nos sistemas microcontrolados através da geração

de pulsos, rotinas em períodos específicos, entre outros. Os seus parâmetros podem

ser facilmente modificados, adequando-o para fins específicos ou gerais.

2.3.2.4 Interfaces de entrada e saída (I/O)

Os microcontroladores se interfaceiam com outros dispositivos através das

portas de entradas e saídas. Essa transmissão de dados com o meio externo pode

ser via comunicação serial, paralela e USB. Uma comunicação bastante utilizada em

microcontroladores é a comunicação USB/CDC no qual a comunicação do tipo serial

é emulada na porta USB.

O Arduino uno possui 6 portas analógicas e 14 portas digitais, além de possuir

a comunicação serial através da conexão USB.

2.3.2.5 Conversor Analógico-Digital (ADC)

Os sinais analógicos lidos pelos microcontroladores necessitam ser

condicionados para poderem ser interpretados. Sinais analógicos devem ser

convertidos em sinais digitais para que o microcontrolador possa compreendê-los e

processá-los. Esta conversão é realizada por um ADC (Analog to Digital Converter -

Conversor Analógico – Digital).

2.3.2.6 Interrupções

Este é o componente que controla os pedidos de interrupção. Vários são os

dispositivos que estão inclusos dentro de um microcontrolador e a sua maioria

dispara pedidos de interrupção que podem ser usados para a execução de rotinas

especificas

2.4 Sensores

Sensores são elementos utilizados para a detecção, medição ou gravação de

fenômenos físicos (FONSECA).

As principais características de um elemento sensor são basicamente a

função de transferência, saturação, impedância de saída, excitação e resposta em

frequência (HIGASHI, 2006). A principal característica de um elemento sensor é a

função de transferência, a qual estabelece a relação entre o sinal de entrada e o

sinal de saída, sendo sempre possível determinar uma função de transferência ideal

para um sensor. A saturação também deve ser considerada, pois todos os sensores

têm limites de funcionamento a partir dos quais perdem a sua linearidade. A

impedância de saída de um sensor é importante para o projeto do circuito de

interface com o sistema de medida. Para uma saída em tensão, à impedância de

saída (Zout) deve ser baixa e a impedância de entrada (Zin) deve ser alta.

Por outro lado, para a saída em corrente, a impedância de saída deve ser alta

e a de entrada deve ser baixa. As características de excitação especificam quais as

grandezas necessárias ao funcionamento de um sensor. Para alguns tipos de

sensores é importante saber a especificação da resposta em frequência e qual a

estabilidade necessária ao sinal de excitação. A resposta em frequência especifica

qual a sensibilidade do sensor às variações de frequência do sinal de entrada. As

características da aplicação podem também influenciar na escolha dos sensores a

utilizar. Fatores como desenho, peso, dimensões e preço são determinantes na

escolha dos sensores.

2.4.1 Tipos de Sensores

Como existem sinais analógicos e sinais discretos a serem controlados num

sistema, os sensores também devem indicar variações de grandezas analógicas e

discretas.

O sinal discreto ou digital é um sinal quantificado que indica a existência ou

não de um evento e pode assumir os valores zero ou um ou uma combinação

destes.

O sinal analógico é um sinal cuja informação pode assumir quaisquer valores

dentro de uma determinada faixa (range), podendo ser em geral um sinal de tensão

ou de corrente proporcional à grandeza física medida.

2.4.2 Sensores de Corrente

Como a maioria dos sensores, o sensor de corrente transforma ou condiciona

o valor de corrente para um padrão capaz de ser interpretado pelo sistema de

tratamento de dados, por exemplo, o próprio microcontrolador. Serão abordados

quatro métodos para a medição da corrente elétrica, porém, para este protótipo

serão utilizados apenas os métodos com o resistor shunt e com o efeito hall.

Transformador de Corrente (TC): É um dispositivo que transforma a

corrente que circula em seu enrolamento primário, através do princípio da

indução eletromagnética, que gera uma corrente no secundário. Os TC’s do

tipo ilustrado na figura 8 fornecem uma corrente proporcional às medidas no

circuito primário, além de proporcionar o isolamento galvânico para o circuito

evitando possíveis danos físicos para o equipamento.

Figura 8 - Transformador de corrente

Fonte: HIGASHI, 2006.

Resistor Shunt: É um dos métodos mais empregados para a medição da

corrente elétrica devido a sua fácil implementação e o seu baixo custo. O

processo é feito introduzindo-se uma resistência shunt, de baixo valor, em

série com a carga em que se deseja efetuar a medida. A intensidade de

corrente elétrica é obtida através da 1º lei de Ohm, equação 1, a partir da

tensão medida na resistência shunt conforme ilustrado na figura 9. As

vantagens de um resistor shunt são o seu baixo custo e a sua boa precisão,

já as suas desvantagens são o aquecimento do resistor gerado pelas altas

correntes, a tensão que causa problemas de isolação elétrica do sistema de

medida e a alta frequência que produz o Efeito Pelicular (Skin).

Figura 9 - Circuito Shunt

(1)

Bobina de Rogowski: É uma alternativa segura para medir a corrente

elétrica. Essa bobina consiste de um núcleo toroidal, não magnético, que é

colocado em torno do condutor, conforme ilustrado pela figura 10. O Campo

magnético produzido pela corrente alternada no condutor induz uma tensão

na bobina. (HIGASHI, 2006)

Figura 10 - Bobina de Rogowski

Fonte: HIGASHI, 2006.

Sensor de efeito hall: O elemento básico do sensor de efeito hall é um

pedaço de material semicondutor, denominado elemento hall, que ao ser

submetido a uma diferença de potencial, faz com que uma corrente “I” circule

por ele gerando um campo magnético “B” perpendicular ao elemento

semicondutor, com isso uma tensão “VH” extremamente pequena é gerada

em sua saída (COELHO). A figura 11 ilustra o principio de seu funcionamento

Figura 11 - Principio físico do sensor de efeito Hall

Fonte: COELHO.

A equação 2 descreve a interação do campo magnético “B”, corrente “I” e

tensão de Hall “VH” é:

(2)

Onde α é uma constante de proporcionalidade que depende da geometria

temperatura ambiente e da deformação mecânica do elemento hall e a variável θ

refere-se ao ângulo que a corrente “I” faz com o campo magnético “B”.

2.4.3 Sensor de Tensão

Devido à impossibilidade de interligar determinados valores de tensões

diretamente a circuitos de tratamento de dados, como é no caso dos

microcontroladores, é necessário à criação de meios para o condicionamento do

sinal para um valor aceitável. Para contornar esse fator é preciso padronizar os

valores de tensão adquiridos para uma faixa de valores aceitáveis pelo sistema de

processamento. A seguir apresentam-se algumas das técnicas usadas para fazer

essa padronização de tensão (TROWLER e WHITAKER, 2008).

Transformador de medida: Destina-se a redução das grandezas de tensão

ou corrente elétrica. É um transformador onde o primário é ligado ao circuito a

qual se deseja medir e o secundário é ligado no circuito de medição. A

padronização é feita ajustando a relação de espiras do primário com a do

secundário, conforme ilustra a figura 12.

Figura 12 - Transformador de medida

Fonte: WIKIPÉDIA.

Divisor de tensão: Apesar de ser uma alternativa simples e barata, o divisor

de tensão é extremamente eficaz e confiável para adequar um sinal de

tensão. O circuito reduz a tensão de entrada “Vin” através de associação de

dois ou mais resistores em série, conforme ilustra a Figura 13. A redução da

tensão baseia-se na lei de ohm e a relação de redução pode ser calculada

através da equação 3

Figura 13 - Circuito básico de um divisor de tensão.

Fonte: WIKIPÉDIA.

(3)

2.4.4 Sensores Ultrassônicos

O método ultrassônico para medida de níveis ou deslocamentos utiliza um

circuito eletrônico que fornece um trem de pulsos para excitar um transdutor piezo

elétrico o qual gera uma frente de onda de pressão acústica que se propaga no ar

até atingir um anteparo plano ou a parte superior do obstáculo, que será o próprio

combustível para este protótipo. Parte da energia acústica retorna para o transdutor

em forma de um eco após certo intervalo de tempo, conforme ilustrado pela figura

14. Medindo-se este intervalo de tempo, conhecendo a velocidade do som no ar e

desprezando fatores tais como temperatura, pressão barométrica, umidade relativa e

viscosidade do ar, é possível calcular a distância entre o transdutor e o anteparo,

através da equação 4.

Figura 14 - Emissão e recepção de um pulso emitido por um sensor ultrassônico

Fonte: WIKIPÉDIA

(4)

Onde Te é o tempo de propagação do eco em segundos (s), 340 é a velocidade de

propagação do som no ar em metros por segundo (m/s) e D é a distancia do anteparo em

metros (m).

2.4.5 Sensores Ópticos

A luz é uma forma de radiação eletromagnética oscilatória que se dispersa no

meio em que se encontra e é caracterizada pelo seu comprimento de onda. A visão

humana é sensível somente às radiações luminosas na faixa de aproximadamente

380nm (violeta) até 780nm (vermelho- escuro), conforme ilustrado pela figura 15.

Figura 15 - Faixa espectral do comprimento de onda de luz visível

Fonte: WIKIPÉDIA

Os sensores ópticos são compostos basicamente por duas partes: a emissora

de luz, que pode ser a própria luz solar ou componentes eletroeletrônicos, e o

receptor de luz é um componente eletrônico que em conjunto a um circuito detecta a

variação de luz. O emissor de luz, quando um componente eletrônico, trata-se de um

LED (diodo emissor de luz) que emite uma luz, podendo ser visível ou infravermelha.

A coloração dessa luz emitida depende da constituição química dos cristais.

Os Sensores ópticos funcionam pelo princípio de emissão e recepção de

feixes de luz, ou seja, o diodo emissor emite flashes com consideráveis potências e

curtas durações para que o receptor não confunda com a iluminação ambiente. O

receptor composto por um foto transistor sensível à luz, que em conjunto com um

filtro sintonizado na mesma frequência de pulsação dos flashes do transmissor,

permite que o receptor compreenda somente a luz emitida pelo transmissor.

Os sensores ópticos estão divididos em três sistemas:

Sistema por Barreira: Neste sistema o transmissor e o receptor estão

separados do mesmo meio físico e devem estar dispostos um frente ao outro,

conforme ilustrado pela figura 16, permitindo que o receptor receba a luz do

transmissor constantemente. O acionamento da saída ocorrerá quando o

objeto a ser detectado, interromper o feixe de luz.

Figura 16 - Sistema por barreira

Fonte: THOMAZINI e ALBUQUERQUE, 2005.

Sistema por Difusão: Neste sistema o transmissor e o receptor são

montados no mesmo meio físico, sendo que o acionamento da saída somente

ocorrerá quando o objeto a ser detectado entrar na região de sensibilidade e

refletir para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor, conforme

ilustrado pela figura 17.

Figura 17 - Sistema por difusão


Sistema por Reflexão: Este sistema apresenta o transmissor e o receptor no

mesmo meio físico. O feixe de luz chega ao receptor somente após ser

refletido por um prisma e o acionamento da sua saída ocorrerá quando o

objeto a ser detectado interromper este feixe, conforme ilustrado pela figura

18.

Figura 18 - Sistema por reflexão


2.5 Internet Embarcada

Os dados coletados pelo microcontrolador precisam ser interfaceados por

uma placa permitindo a conexão do sistema à internet. A tecnologia de internet

embarcada permite que esta conexão seja possível, principalmente com

microcontroladores e DPS (Processadores Digitais de Sinais). Geralmente, esta

conexão baseia-se no protocolo TCP/IP e a placa deverá possuir os seguintes

componentes:

• Interface de rede;

• Controlador Ethernet;

• Pilha TCP/IP para sistemas embarcados

A interface de rede é necessária para realizar a conexão física do sistema

com um segmento de rede. O controlador Ethernet é o responsável por codificar, no

padrão Ethernet, as informações recebidas ou enviadas do microcontrolador ou DSP.

A pilha TCP/IP é utilizada para ser embarcada (gravada) na memória não volátil

(Flash) do microcontrolador, a fim de estabelecer a conexão lógica com uma

máquina remota em um determinado segmento de rede (JOHNNY, 2009 ).

Os sistemas embarcados são muito utilizados para possibilitar o

monitoramento e acionamento remoto. Com este tipo de sistema, é perfeitamente

possível se construir um “hardware” utilizando Internet embarcada, que é conectado

a um segmento de rede e possui um conjunto de páginas HTML, que permitem que

dispositivos conectados ao mesmo sejam controlados e monitorados remotamente e

em tempo real conforme ilustra a figura 19.

Figura 19 - Infraestrutura de um sistema de monitoramento pela internet

Fonte: JOHNNY, 2009.

A plataforma responsável pelo interfaceamento entre o microcontrolador e a

internet para este protótipo será a placa Arduino Ethernet Shield, conforme ilustrado

pela figura 20. Este Shield é uma placa de desenvolvimento para soluções

Internet/Ethernet que possui o controlador Wiznet W5100.

Figura 20 - Arduino Shield Internet

Fonte: ARDUINO CC.

3 PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO

Nesse capítulo serão descritos todos os procedimentos que foram realizados

durante o período de desenvolvimento do protótipo, incluindo os dimensionamentos,

confecção dos módulos sensores, diagramas, esquemáticos e a implementação do

software.

3.1 Visão geral do projeto

O protótipo do sistema integrado de monitoramento terá todo seu

processamento de dados realizado por um microcontrolador arduíno, em sua versão

uno, na qual sensores analógicos e digitais estarão interligados às respectivas

portas do microcontrolador que fará o interfaceamento com a placa Arduíno shield

ethernet, permitindo que os dados sejam visualizados pelo usuário através da

internet ou uma rede interna.

Para simplificação e uniformização do capítulo, o protótipo será apresentado

da mesma forma como foi projetado, ou seja, começando pelo dimensionamento do

número de sensores e a confecção dos módulos sensores do UPS e do grupo

gerador respectivamente.

3.2 Dimensionamento do microcontrolador

O microcontrolador utilizado é o Arduíno uno, com 10 bits de resolução, que

possui um total de 6 portas analógicas e 14 portas digitais, como demonstrado na

figura 21.

Figura 21 - Placa Arduíno uno com indicação do número de portas

Fonte: ARDUÍNO CC

Antes do início do trabalho, foram realizados alguns levantamentos, tais como

o dimensionamento do número de portas necessárias para a conexão dos sensores

e a cotação e compra dos componentes necessários para a implementação do

hardware.

A tabela 1 mostra o a quantidade de portas analógicas e digitais utilizadas

com a indicação dos respectivos sensores conectados em cada uma delas.

Tabela 1 - Tabela de dimensionamento de portas do microcontrolador

PINOS DESCRIÇÃO DO PINO SENSORES

A0 Entrada analógica TemperaturaA1 Entrada analógica Tensão DCA2 Entrada analógica Corrente DCA3 Entrada analógica Tensão ACA4 Entrada analógica Corrente ACA5 Entrada analógica ChamaD0 Digital I/O Porta abertaD1 Digital I/O Porta abertaD2 Digital I/O CombustívelD3 Digital I/O CombustívelD4 Digital I/O RPMD5 Digital I/O RPMD6 Digital I/O DisponívelD7 Digital I/O DisponívelD8 Digital I/O DisponívelD9 Digital I/O Disponível

D10 Digital I/OArduino Shield Ether-

net


net


net


net

3.3 Sensores para monitoramento do UPS

3.3.1 Sensor de Temperatura

Para o monitoramento da temperatura ambiente, onde são instaladas as

fontes ininterruptas de energia, foi utilizado o sensor de estado sólido de silício de

código LM 35 da fabricante Texas Instruments, ilustrado na figura 22.

Figura 22 - Sensor de temperatura LM-35

Fonte: TEXAS INSTRUMENT, 2012.

A escolha do LM 35 para o sensoriamento da temperatura, deu-se por sua

ótima precisão e linearidade, além do baixo custo e sua simples implementação.

De acordo com o fabricante, Texas Instrument, o LM 35 diferentemente de

outros sensores, não precisa ser calibrado, pois já possui uma precisão de +/- ¼ º C

a + 25ºC.

Algumas medições foram realizadas e estão descritas no próximo capítulo. Os

primeiros testes experimentais com o LM 35 foram realizados com montagem em

protoboard, e foram reproduzidas através do software beta fritzing versão 0.7.7,

como ilustra a figura 23.

Figura 23 - Montagem do sensor LM 35

Depois de fazer a interligação dos pinos do sensor LM 35, foram efetuados os

cálculos para a conversão dos valores analógicos para um valor de temperatura, já

em graus Celsius. De acordo com o fabricante, sabe-se que o sensor varia 10 mV

em sua saída para cada 1 grau Celsius na variação da sua temperatura, diante

destas informações foi possível obter a seguinte equação 6.

(6)

Onde:

é a temperatura aferida em graus Celsius;

é a tensão lida no pino de saída no sensor LM 35 em volts (V);

5 é a tensão máxima lida pelo arduino em volts (V);

1024 é o valor do nível de discretização do conversor A/D de 10 Bits;

100 é o fator de multiplicação para converter volts em milivolts

Após concluído todos os testes em protoboard e realizados todos os ajustes

necessários, foram inicializados os processos para a confecção da PCI (Placa de

Circuito Impresso). Utilizando o software Beta Fritzzing, versão 0.7.7, foi criado o

layout da placa e esta repassada para a placa de fenolite através do princípio

térmico.

Após a transferência do layout, a placa foi submetida a uma solução de

percloreto de ferro, FeClᴣ, para eliminar a camada de cobre não utilizada pelas

trilhas, em seguida, a placa foi furada, os componentes posicionados e soldados

com estanho. Para melhorar a condutividade das placas, as trilhas receberam por

toda extensão uma leve camada de estanho. A figura 24 mostra o layout da placa e

a placa concluída.

Figura 24 Layout da PCI do sensor de Temperatura e a Placa concluída

3.3.2 Sensor de Tensão DC

Para monitorar a tensão contínua das baterias das fontes ininterruptas de

energia, foi confeccionado um sensor de tensão DC utilizando o método com

divisores de tensão, pois desta forma foi possível adequar os valores de tensão lidos

pelo o sensor para um valor de até 5V, o máximo admissível nas entradas das portas

analógica do microcontrolador Arduíno.

Para o protótipo, a relação do divisor de tensão criado foi de

aproximadamente 11 vezes, ou seja, como o microcontrolador tem capacidade para

receber até 5 V em sua entrada, o sensor poderá efetuar leituras de até 55 V.

Os primeiros testes experimentais com o divisor de tensão foram realizados

com montagem em protoboard, e foram reproduzidas através do software beta

fritzing versão 0.7.7, como mostra a figura 25.

Figura 25 - Sensor de tensão DC

Para a relação da queda de tensão calculada, foram utilizados 2 resistores de

¼ W com valores de R1 = 100 kΩ e R2 = 10 kΩ. A equação 7 mostra como foi

calculado o valor máximo de tensão que poderá ser mensurado pelo sensor sem

danificar o microcontrolador.

(7)



Circuito Impresso), adotando os mesmos procedimentos utilizados na confecção do

circuito anterior. A figura 26 mostra o layout da placa e a placa concluída.

Figura 26 - Layout da PCI do sensor de Tensão DC e a Placa concluída

3.3.3 Sensor de Corrente DC

Para a medição da corrente elétrica contínua consumida das baterias do UPS,

foi confeccionado um sensor utilizando o método do resistor shunt. Para o protótipo

foi utilizado um resistor shunt de 0,10 Ω com 5W de potência e com tolerância de 5%

do seu valor nominal, conforme ilustra a figura 27.

Figura 27 - Resistor shunt de 0.10 Ω com 5 W de potência

Fonte: WIKIPÉDIA

De acordo com a equação 8, para cada 1 ampère no resistor, teremos uma

queda de tensão no mesmo resistor de 100 mV.

(8)

Com o microcontrolador de 10 bits, a discretização máxima será de 1024

valores digitais, assim, a resolução será de 204,6 valores digitais para cada um Volt

e de 20,46 valores digitais para cada 1 ampère.

Os primeiros testes experimentais com o resistor shunt foram realizados com

montagem em protoboard, e foram reproduzidas através do software beta fritzing

versão 0.7.7 como mostra a figura 28.

Figura 28 - Sensor de corrente DC.

A equação 9 demonstra o cálculo para o valor máximo de corrente que poderá

ser mensurado pelo sensor sem danificar o resistor shunt e o microcontrolador.

(9)



Circuito Impresso) adotando os mesmos procedimentos utilizados na confecção do



3.3.4 Sensor de Porta Aberta

Devido à sensibilidade do UPS às temperaturas elevadas, o ambiente de sua

instalação deve ser climatizado e a temperatura deve ser mantida em torno de 21 º

C. Para que a temperatura permaneça nessa faixa é necessário que o ambiente seja

isolado termicamente ou simplesmente tenham portas e janelas devidamente

fechadas. Devido aos inúmeros problemas que afetam os UPS pela variação da

temperatura, decidiu-se elaborar um sensor que detectará quaisquer portas que

fiquem abertas por um determinado tempo e fará o reporte da situação para a

interface de monitoramento para conhecimento dos responsáveis.Para a confecção

deste sensor, foi utilizado uma chave fim de curso que será instalada nos batentes

das portas para detectar sua abertura ou fechamento. Para as pessoas que

entrarem no recinto e esquecerem ou deixarem a porta aberta por um determinado

tempo, uma sirene e uma luz serão acionados para alertá-los no local.

Para a implementação do sensor de porta aberta, foi utilizado 2 entradas

digitais do microcontrolador, sendo uma para a chave fim de curso e outra para o

buzzer e o Led de alto brilho, que fará a função da sirene e da luz.

Na implementação do software foram determinadas as seguintes condições:

Ao abrir a porta, a pessoa terá 60 segundos para fechá-la novamente para

que o alarme não soe e os responsáveis não sejam avisados.

Se ao abrir a porta e ela permanecer aberta por mais de 60 segundos, o

buzzer e o LED serão acionados no local e os responsáveis poderão

consultar a ocorrência pela interface de monitoramento. Para cessar a

condição, basta fechar a porta.

Os primeiros testes experimentais com sensor de porta aberta foram

realizados com montagem em protoboard, e foram reproduzidas através do software

beta fritzing versão 0.7.7, como mostra a figura 30.

Figura 30 - Sensor de porta aberta






3.4 Sensores para monitoramento do grupo gerador

3.4.1 Sensor de Tensão AC

O monitoramento da tensão de saída do gerador é de grande importância,

pois é esta tensão gerada que manterá o funcionamento de todos os equipamentos

e quaisquer variações podem trazer sérios danos para os equipamentos ou até

mesmo para o próprio grupo gerador.

Para monitorar a tensão gerada pelo grupo gerador, quando houver

interrupção na energia comercial, foi confeccionado um sensor de tensão alternada

que medirá o valor médio gerado e o mostrará na tela de monitoramento do sistema

em tempo real.

Devido ao limite de 5 Volts DC na entrada do microcontrolador, para efetuar a

medição de tensão alternada, foi necessário utilizar um divisor de tensão seguido de

uma ponte retificadora de onda completa, desta forma, foi possível reduzir a tensão

alternada e retificá-la para um valor menor ou igual a 5 volts.

Neste protótipo a medição da tensão será simulada em um motor. A tensão

de entrada de uma máquina rotativa qualquer será medida e esse valor será

mostrado em tempo real na tela de monitoramento.

Para o sensor de tensão AC, foi criado um divisor de tensão com uma relação

de redução de 11 vezes e foi subtraído 1,4 V devido à queda de tensão dos diodos

da ponte retificadora. Com o auxílio do software EWB (Electronics Workbench), foi

dimensionado um sensor de tensão AC com capacidade para medir até 310 V de

pico, ou seja , o equivalente a 220 V eficaz.

Os primeiros testes experimentais com o divisor de tensão e a ponte

retificadora foram montados em protoboard, e foram reproduzidas através do

software beta fritzing versão 0.7.7 como mostra a figura 32.

Figura 32 - Sensor de tensão AC

Para a queda de tensão de 11 vezes, foram utilizados 2 resistores de ¼ W

com valores de R1 = 100 kΩ e R2 = 10 kΩ. Já para o processo de retificação, foram

utilizados 4 diodos 1N4007, um capacitor eletrolítico de 4,7 μF e um resistor de 3 kΩ.

A equação 10 demonstra como foi calculado o valor máximo de tensão que

poderá ser mensurado pelo sensor sem danificar o microcontrolador e os

componentes do sensor.

(10)





Figura 33 - Layout da PCI do sensor de Tensão AC e a Placa concluída

3.4.2 Sensor de Corrente AC

O monitoramento do consumo de corrente em um grupo gerador é muito

importante, pois somente com este valor é possível determinar a potência elétrica

gerada. Todo gerador é dimensionado para um determinado valor máximo de

potência, portanto, é imprescindível o monitoramento da corrente elétrica e

consequentemente o monitoramento da potência que o gerador esta produzindo

para evitar possíveis sobrecargas no sistema.

Diferentemente do sensor de corrente DC, na qual foi utilizado o método de

medição com um resistor shunt para determinar a corrente, no sensor de corrente

AC, foi utilizado um sensor que utiliza o principio do efeito Hall, mais

especificamente o sensor ACS712-30 do fabricante Allegro com capacidade de

medição de até 30 A, conforme ilustrado na figura 34.

Figura 34 - Sensor de corrente ACS712-30

Fonte: ALLEGRO, 2012.

Um dos principais fatores que levaram a escolha deste sensor foi a de ele não

ser invasivo, ou seja, proporciona um isolamento galvânico entre a carga e o

microcontrolador, o que é extremamente desejável em aplicações envolvendo

cargas de alta tensão.

Este sensor foi adquirido pronto, pois seu circuito integrado é caro, não

compensando a sua confecção.

Algumas vantagens do ACS712 -30 fornecidas pelo fabricante Allegro:

Baixo Ruído;

Erro de saída de 1,5% a 25ºC, e 4% a temperatura de -40ºC a 85ºC;

Operação em 5V;

66 mV de sensibilidade para o ACS712-30;

Tensão proporcional à corrente AC e DC;

Histerese quase nula.

Maiores informações poderão ser consultadas através da folha de dados do

componente incluso no anexo A ou pelo site do fabricante www.allegromicro.com.

A figura 35 ilustra o diagrama de pinagem do circuito integrado e como o

sensor deverá ser interligado para as medições.

Figura 35 - Diagrama de pinagem e aplicações típicas

Fonte: ALLEGRO, 2012

Os primeiros testes experimentais com o sensor de corrente ACS712-30

foram realizados com a sua ligação diretamente ao microcontrolador e foram

reproduzidas através do software beta fritzing versão 0.7.7 como mostra a figura 36.

http://www.allegromicro.com/

Figura 36 - Sensor de Corrente AC

3.4.3 Sensor de RPM

O monitoramento do RPM é essencial, pois somente através dele é possível

determinar a frequência da tensão gerada, com padrão de 60Hz em nosso país.

Para mensurar o número de rotações por minuto foi utilizado um sensor com

princípios ópticos, compostos basicamente por um LED emissor e um LED foto

transistor conforme ilustrado na figura 37.

Figura 37 - Fototransistor e LED emissor

O principio de funcionamento adotado para a confecção deste sensor foi o de

sistema de barreira, ou seja, quando um material interrompe o feixe de luz emitido

pelo diodo IR e recebido pelo fototransistor, é contabilizado uma volta. Portanto, o

total de interrupções em um intervalo de um minuto será o valor do RPM

apresentado em nossa tela de monitoramento.

Os primeiros testes experimentais com o sensor de RPM foram montados em

protoboard e foram reproduzidas através do software beta fritzing versão 0.7.7 como

ilustra a figura 38.

Figura 38 - Sensor de RPM





Figura 39 - Layout da PCI do sensor de RPM e a Placa concluída

3.4.4 Sensor de Nível de Combustível

O monitoramento do nível de combustível para um grupo gerador deve ter um

acompanhamento minucioso, pois qualquer descuido é o suficiente para interromper

o funcionamento do MCI, consequentemente, cessar o fornecimento de energia.

Para monitorarmos o nível do reservatório, foi utilizado o principio de medição

ultrassônico com o sensor HC-SR04 do fabricante iteadstudio, conforme ilustrado na

figura 40.

Figura 40 - Sensor ultrassônico HC-SR04 da Iteadstudio

Fonte: Iteastudio, 2012.

Os principais fatores que levaram a escolha deste sensor ultrassônico foi a

sua capacidade de detectar uma variedade de materiais, independente da forma e

da cor e a capacidade de detectar sólidos tanto como líquidos, como é o caso deste

protótipo. Outros fatores como atmosferas poluídas por fumaça, poeira ou umidade

também não impedem a detecção.

O sensor HC-SR04 já foi adquirido pronto, pois os cristais piezoelétricos

custam caros, quase o preço do sensor pronto.

Algumas vantagens do HC-SR04 fornecidas pelo fabricante iteadstudio

Alimentação de 5 V DC

Corrente de repouso menos que 2 mA

Ângulo eficaz menor que 15 °

Range de 2 cm a 400 cm

Precisão de 0.3 cm

Maiores informações sobre o HC-SR04 poderão ser consultadas através da

folha de dados do componente incluso no anexo B ou pelo site do fabricante

www.iteadstudio.com

O Protótipo contará com um reservatório vertical em formato de um cilindro

perfeito, ou seja, com a área da base igual em toda a sua extensão, semelhante ao

ilustrado na figura 41.

Figura 41 - Reservatório utilizado no protótipo

Os primeiros testes experimentais com o sensor ultrassônico HC-SR04, foram

realizados com a sua ligação diretamente ao microcontrolador e as imagens foram

reproduzidas através do software beta fritzing versão 0.7.7 como ilustrado a figura

42.

http://www.iteadstudio.com/

Figura 42 - Sensor ultrassônico

Para determinar o volume de combustível, será necessário conhecer a área

da base e a altura do reservatório A equação 11 descreve como será calculado o

volume de combustível, para um reservatório cilíndrico.

(11)

Onde:

V é o volume em metros cúbicos (m³);

Π é a letra grega PI com valor de 3,14159225;

r é o raio da base do reservatório em metros (m);

340 é a velocidade do som no ar em [m/s], desprezando ação da temperatura;

Te é o Tempo de propagação do eco em segundos (s).

.

3.4.5 Sensor de Chama

Para complementar o sistema, um sensor de chama será instalado próximo

aos equipamentos para a detecção de qualquer principio de incêndio que possa vir

ocorrer.

É muito comum incêndios acontecerem em KF’s (Casas de força),

principalmente em geradores que utilizam o etanol como combustível, porém,

mesmo em geradores a diesel é comum iniciarem incêndios devido a curto-circuito.

A detecção das chamas se dará através dos princípios óticos e o sensor

utilizado será o sensor de chama do fabricante rfrobot, conforme ilustrado na figura

43.

Figura 43 - Sensor de chama da Rfrobot

Fonte: RFRobot, 2012.

O Sensor de chama é basicamente composto por um fototransistor de alta

sensibilidade à radiação. De acordo com o fabricante, o sensor é funcional apenas

para a faixa espectral de 700nm a 1200nm, identificando somente as radiações

contidas nesse intervalo. A figura 44 mostra a curva característica do sensor para

determinados comprimentos de onda.

Figura 44 - Curva espectral do sensor de chama

Fonte: RFRobot, 2012.

Algumas informações relevantes fornecidas pelo fabricante rfrobot:

Alta sensibilidade do receptor IR;

Extremamente sensível a ondas entre 760nm a 1100nm;

Saída analógica;

Faixa de ângulo de detecção aproximadamente 60 graus

Alimentação de 0 a 15 V DC;

Detecção em até 100 cm.

Maiores informações poderão ser consultadas através da folha de dados do

componente incluso no anexo C ou pelo site do fabricante www.dfrobot.com

Os primeiros testes experimentais com o sensor de chamas foram realizados

com a sua ligação diretamente ao microcontrolador e as imagens foram

reproduzidas através do software beta fritzing versão 0.7.7 como mostra a figura 45.

Figura 45 - Sensor de chama

No protótipo, o sensor de chama ficará localizado entre o UPS e o motor que

simulará o gerador e a uma distância de aproximadamente 30 cm de cada um dos

equipamentos com um ângulo de abertura de aproximadamente 45 graus.

http://www.dfrobot.com/

3.5 Implementação do Software

Neste item serão descritos os procedimentos adotados para a implementação

do software base para o protótipo e sua referida complementação para poder ser

consultado pela WEB.

3.5.1 Software Base

O código deste protótipo implementado e executado no microcontrolador

Arduino visa efetuar a leitura de cada um dos sensores do sistema, estabelecer uma

conexão serial com o computador e enviar a cada tempo determinado os valores já

condicionados para poderem ser visualizados através do serial monitor do IDE do

próprio microcontrolador.

O código fonte criado para este protótipo consiste de algumas funções, sendo

a principal Setup, e uma função para cada um dos sensores. A função setup é

executada somente uma vez durante a execução do código e é a responsável por

iniciar a conexão serial com o computador através de uma porta USB e fixar os

parâmetros estruturais adotados para o programa.A função loop, que será executada

várias vezes durante a execução do código, invoca as funções dos respectivos

sensores efetuando suas leituras e disponibilizando os resultados para o usuário

através do serial monitor

A figura 46 ilustra a estrutura básica das funções adotadas para a

implementação do programa.

Figura 46 - Estrutura básica do programa do protótipo

Em todas as funções do programa, foram implementados os cálculos para a

conversão dos valores analógicos para os digitais.

O código fonte base completo encontra-se disponível no apêndice B, no final

deste trabalho.

3.5.2 Software Visual

Para que as informações fornecidas pelos sensores pudessem ser

visualizadas pela Internet ou por uma rede local, foi utilizado a placa Arduino Shield

Ethernet e o código base foi complementado com alguns comandos em HTML para

a criação da interface gráfica.

Para iniciar a comunicação entre o arduino, o shield ethernet e o roteador, foi

necessário incrementar no cabeçalho do programa o número do MAC Address do

shield ethernet, a faixa de IP do roteador, o número da porta utilizada, além de

inicializá-los na função setup, conforme mostra a figura 47.

Figura 47 - Declaração dos dados para inicialização da comunicação

Após inicializado o servidor WEB, o software base foi complementado com

comandos em HTML para a criação da interface gráfica, conforme ilustrado pela

figura 48. Para acessá-la, basta o usuário digitar o IP declarado no cabeçalho do

programa em um browser da internet para iniciar a conexão.

Figura 48 - Interface gráfica para acesso pela internet ou rede interna

4 TESTES E RESULTADOS EXPERIMENTAIS

Neste capítulo serão demonstrados na primeira parte os resultados dos testes

funcionais de cada um dos sensores, e por fim, de todo o sistema.

Na segunda parte deste capítulo, serão realizados testes de precisão e

cálculo dos erros dos módulos sensores que executam medições, com intuito de

assegurar a confiabilidade e determinar a tolerância das informações que serão

repassadas ao usuário.

4.1 Teste de funcionalidade dos sensores


O teste de funcionalidade do sensor de temperatura foi realizado com

sucesso. O microcontrolador e o sensor foram montados e expostos à temperatura

ambiente. Os valores de temperatura, em graus Celsius, foram mostrados através

do serial monitor do IDE Arduíno 1.0.1, conforme mostrado na figura 49.

Figura 49 - Tela do serial monitor do IDE Arduíno 1.0.1


O teste de funcionalidade do sensor de tensão contínua foi realizado com

sucesso. O microcontrolador e o sensor foram montados para a medição de 2 pilhas

AA, cada uma de 1,5 volts totalizando 3 volts. Os valores da tensão, em volts (V),

foram mostrados através do serial monitor do IDE Arduíno 1.0.1, conforme mostrado

na figura 50.



O sensor de corrente DC apresentou pequenas variações nos valores

apresentados, porém, ele será melhor analisado nos testes de precisão. Para a

medição, o microcontrolador e o sensor foram montados e um cooler de 12 Volts

com corrente de 0,20 Ampères foi utilizado como carga. Os valores da corrente, em

ampères (A), foram mostrados através do serial monitor do IDE Arduíno 1.0.1,

conforme mostrado na figura 51.


4.1.4 Sensor de Porta aberta

O teste de funcionalidade do sensor de porta aberta foi realizado com

sucesso. O microcontrolador e o sensor foram montados e foram executadas

simulações de abertura e fechamento ao apertar a chave táctil, esta que será

instalada no batente porta. As mudanças de status foram mostrados através do

serial monitor do IDE Arduíno 1.0.1, conforme mostrado na figura 52.



O teste de funcionalidade do sensor de tensão alternada foi realizado com

sucesso. O microcontrolador e o sensor foram montados para a medição de uma

tomada residencial de 127 volts. Os valores da tensão, em volts (V), foram

mostrados através do serial monitor do IDE Arduíno 1.0.1, conforme mostrado na

figura 53.



O sensor de corrente alternada apresentou variações nos valores

apresentados, porém, ele será melhor analisado nos testes de precisão. O

microcontrolador e o sensor foram montados para a medição da corrente elétrica de

uma lâmpada incandescente de 100 Watts (W) de potência nominal e alimentada

com 127 V nominais. Os valores da corrente elétrica em ampères (A) e a tensão

quiscente foram mostrados através do serial monitor do IDE Arduíno 1.0.1, conforme

mostrado na figura 54.


4.1.7 Sensor de RPM

O teste de funcionalidade do sensor de RPM foi realizado com sucesso. O

microcontrolador e o sensor foram montados para a medição do número de rotações

de um cooler de 7 pás. Os números de rotações, em RPM, foram mostrados através

do serial monitor do IDE Arduíno 1.0.1, conforme mostrado na figura 55.


4.1.8 Sensor de Nível

O teste de funcionalidade do sensor de nível de combustível foi realizado com

sucesso. Mesmo apresentando uma variação de 2 centímetros na medição, o valor

encontra-se dentro das tolerâncias especificadas pelo fabricante. O microcontrolador

e o sensor ultrassônico foram montados para a medição de uma distância de 37

centímetros, conferido por uma trena. Os valores da distância, em centímetros,

foram mostrados através do serial monitor do IDE Arduíno 1.0.1, conforme mostrado

na figura 56.


4.2 Teste de precisão dos sensores

No próximo item serão mostrados através de tabelas os valores encontrados

nos testes de precisão e os valores percentuais de erro relativo dos sensores de

temperatura, tensão DC, corrente DC, tensão AC, corrente AC, RPM e nível de

combustível.

Para a execução destes testes foram utilizados instrumentos e equipamentos

aferidos e em perfeitas condições de uso.

O cálculo do percentual de erro relativo deu-se através da equação 12

(12)

Onde:

é o erro relativo;

é o erro;

é o valor esperado.

Para se obter o percentual do erro relativo encontrado, aplica se a equação 13.

(13)

Onde:

P é o percentual do erro;

é o erro relativo;

100 é o fator multiplicativo de porcentagem.


Para a verificação da precisão deste sensor, foi utilizado um multímetro

modelo HK-M69 da marca Hikary com capacidade de medição de temperatura que

utiliza um termopar tipo K com resolução de precisão de 1 ºC.

Foram efetuadas medições da temperatura da água a 0ºC, 25º C, 50ºC, 75ºC

e 100ºC.A tabela 2 mostra os valores medidos com o multímetro e com o sensor de

temperatura, além do percentual do erro relativo.

Tabela 2 - Valores encontrados com as medições e o percentual do erro relativo.

TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE TEMPERATURA

Temperatura da águaTemperatura LM

35 (ºC)Temperatura com

multímetro (ºC)Erro percentual

(%)

0ºC 0ºC 0ºC 025ºC 25ºC 25ºC 050ºC 50ºC 50ºC 075ºC 76ºC 75ºC 1,33100ºC 99ºC 100ºC 1



modelo ET-2030A da marca Minipa com capacidade de medição de tensão DC e

uma fonte de alimentação DC modelo MPS-3003 também da marca Minipa.

Foram medidos pelo sensor e pelo multímetro 5 diferentes valores de tensão

DC fornecidos pela fonte ajustável. A tabela 3 mostra os valores medidos com o

multímetro e com sensor de tensão, além do percentual do erro relativo.


TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE TENSÃO DC

Tensão da Fonte variávelTensão

Sensor DC (V)

Tensão com Multímetro (V)

Erro percentual (%)

1 V 1 V 1 V 05 V 5,05 V 5 V 110 V 10,05 V 10 V 0,520 V 19,90 V 20 V 0,530 V 30,19 V 30 V 0,63



modelo ET-2030A da marca Minipa com capacidade de medição de corrente DC e

uma fonte de alimentação DC modelo MPS-3003 também da marca Minipa.

Foram medidos pelo sensor e pelo multímetro 5 diferentes valores de corrente

DC fornecidos pela fonte ajustável. A tabela 4 mostra os valores medidos com o

multímetro e com sensor de corrente, além do percentual do erro relativo.


TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE CORRENTE DC

Corrente da Fonte variávelSensor de

Corrente DC (A)

Corrente com Multímetro (A)

Erro percentual (%)

0,5 A 0,45 A 0,48 A 101,0 A 1,02 A 1,02 A 21,5 A 1,6 A 1,51 A 6,662,0 A 2,2 A 2,05 A 103,0 A 3,18 A 3,09 A 6



modelo ET-2030A da marca Minipa com capacidade de medição de tensão AC.

Foram medidos pelo sensor e pelo multímetro tensões de 12,7 V, 127 V e 220

V, todas as tensões de valores nominais e eficazes fornecidas por um nobreak. A

tabela 5 mostra os valores medidos com o multímetro e com sensor de tensão, além

do percentual do erro relativo.


TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE TENSÃO AC

Tensão Alternada Sensor de

Tensão AC (V)Tensão com Multímetro

(V)Erro percentual

(%)

12,7 V 12,4 V 12,6 V 1,58127 V 128, 4 V 127,4 V 0,78220 V 222,1 V 221,4 V 0,31



modelo ET-2030A da marca Minipa com capacidade de medição de corrente AC.

Foram medidos pelo sensor e pelo multímetro as correntes elétricas de 3

lâmpadas, 1 fluorescente e 2 incandescentes, com potências de 15W, 40W e 100W,

todas alimentadas com uma tensão nominal e eficaz de 127V fornecidas por um

nobreak. A tabela 6 mostra os valores medidos com o multímetro e com sensor de

corrente alternada, além do percentual do erro relativo.


TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE CORRENTE AC

Corrente CalculadaSensor de

Corrente AC (A)

Corrente com Multímetro (A)

Erro percentual (%)

0,118 A 0,084 A 0,103 A 18,440,314 A 0,261 A 0,296 A 11,820,787 A 0,652 A 0,737 A 11,53

4.2.6 Sensor de RPM

Para a verificação da precisão deste sensor, foi utilizado um Tacógrafo modelo

DT-2234C+ sem especificação de fabricante, com capacidade de medição de

rotações em RPM com resolução de 0,1 RPM e precisão de 0,05%.

Foram medidos pelo sensor e pelo tacógrafo 3 diferentes rotações em RPM

de um cooler de 7 pás. A tabela 7 mostra os valores medidos com o tacógrafo e com

sensor de RPM, além do percentual do erro relativo.


TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE RPM

Medição pelo tacógrafo em RPMSensor de

RPMErro percentual (%)

822 841 2,311641 1657 0,962100 2122 1,04

4.2.7 Sensor de Nível de combustível

Para a verificação da precisão deste sensor, foram efetuadas 5 diferentes

medições do volume de água contida em um recipiente de 8 litros com marcações

de 0,5 litros. A tabela 8 mostra os valores medidos com o sensor de nível de

combustível, além do percentual do erro relativo.


TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE NÍVEL COMBUSTÍVEL

Volume de água no reservatórioSensor de

NívelErro percentual

(%)

0,5 l 0,5 l 01,0 l 1,2 l 52,0 l 2,3 l 2,54,0 l 4,3 l 58,0 l 8,3 l 3,75

4.3 Gráficos do teste de precisão

25 25

50 50

76 75

99 100

0

20

40

60

80

100

25ºC 50ºC 75ºC 100ºC

TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE TEMPERATURA

Temperatura LM 35 (ºC) Temperatura com multímetro (ºC)

Gráfico 1 - Teste de Precisão do Sensor de Temperatura

1 15,05 5

10,05 10

19,9 20

30,19 30

0

5

10

15

20

25

30

35

1 V 5 V 10 V 20 V 30 V

TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE TENSÃO DC

Tensão Sensor DC (V) Tensão com Multímetro (V)

Gráfico 2 - Teste de Precisão do Sensor de Tensão DC

0,45 0,48

1,02 1,02

1,6 1,51

2,2 2,05

3,18 3,09

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

1 2 3 4 5

TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE CORRENTE DC

Sensor de Corrente DC (A) Corrente com Multímetro (A)

Gráfico 3 - Teste de Precisão do Sensor de Corrente DC

12,4 12,6

128,4 127,4

222,1 221,4

0

50

100

150

200

250

1 2 3

TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE TENSÃO AC

Sensor de Tensão AC (V) Tensão com Multímetro (V)

Gráfico 4 - Teste de Precisão do Sensor de Tensão AC

0,084 0,103

0,261 0,296

0,6520,737

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1 2 3

TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE CORRENTE AC

Sensor de Corrente AC (A) Corrente com Multímetro (A)

Gráfico 5 - Teste de Precisão do Sensor de Corente AC

822841

16411657

2100 2122

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3

TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE RPM

Medição pelo tacógrafo Sensor de RPM

'

Gráfico 6 - Teste de Precisão do Sensor de RPM

0,5 0,5 1,0 1,052,0 2,05

4,0 4,2

8,0 8,3

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

TESTE DE PRECISÃO DO SENSOR DE NÍVEL DE COMBUSTÍVEL

Volume de água no reservatório Sensor de nível

Gráfico 7 - Teste de Precisão do Sensor de nível de Combustível

5 CONCLUSÃO

Para o desenvolvimento deste protótipo, foram realizados estudos buscando

levantar todas as necessidades a serem supridas, o que deu inicio ao

dimensionamento do trabalho. A implementação dos hardwares e softwares foram

realizadas com base nestes estudos e todas as etapas do trabalho atingiram as

metas acadêmicas propostas.

O protótipo apresentou excelentes resultados e mostrou ser eficaz para o

monitoramento dos sistemas de energia de emergência, o que tornará possível a

sua futura aplicação no aeroporto campo de marte para a realização de testes reais

em campo, visando aperfeiçoar e complementar suas necessidades antes de torná-

lo um produto comercial.

O projeto além de ter apresentado um baixo custo de fabricação, ao ser

comparado com sistemas comerciais já existentes, também apresentou ótimos

resultados nos testes pelo qual foi submetido, o que permitirá a sua futura

complementação, possibilitando assim, assegurar a mesma qualidade e

confiabilidade de seus concorrentes.

Profissionalmente, a elaboração deste protótipo iniciado do zero, agregou

grandes conhecimentos e exigiu a aplicação de tudo o que já havíamos aprendido

durante a nossa formação. Da elaboração da proposta até a conclusão e entrega

final do trabalho, muitos estudos, pesquisas e desafios foram superados, o que fez

solidificar imensuravelmente a nossa formação profissional.

5.1 Melhorias e propostas futuras

Algumas modificações serão estudadas com a finalidade de corrigir e aprimorar o

desempenho e a segurança do sistema, tais como:

a) Utilizar um transformador abaixador de tensão e um sistema de proteção com

fusíveis e diodo zenner a fim de evitar possíveis danos ao sensor de tensão AC por

picos de energia

b) Utilizar um resistor shunt de menor valor ou um amplificador operacional a fim de

aumentar a resolução de precisão do sensor de corrente DC

c) Utilizar um sensor ultrassônico blindado a fim de aumentar a confiabilidade e o

tempo de vida útil para ambientes úmidos

d) Criar um servidor Webclient ou instalar um Shield SMS para alertar os técnicos via

e-mail ou SMS sobre possíveis situações criticas no sistema

e) Utilizar o software LABVIEW da National Instruments para aprimorar o ambiente

gráfico de monitoramento

f) Utilizar a placa Zigbee para fazer a comunicação sem fio do grupo gerador e o

UPS para o shield Ethernet.

6 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

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7 APÊNDICES

7.1 Apêndice A

O circuito esquemático do protótipo apresentado ilustra as ligações elétricas

executadas em cada um dos sensores à interface ethernet

7.2 Apêndice B

O programa em linguagem C apresentado refere-se ao código base utilizado

neste protótipo

8 ANEXOS

8.1 Anexo A

8.2 Anexo B

8.3 Anexo C

SISTEMA INTEGRADO DE MONITORAMENTO DE SISTEMAS DE ENERGIA DE EMERGÊNCIA

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