Escola Superior de Tecnologia de Tomar Tiago Alexandre Martins Fernandes sistema integrado de segurança e gestão de energia (sisge)



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  1. Placa de desenvolvimento NodeMCU versão 2.

A programação deste microcontrolador pode ser efetuada no software disponibilizado pela Arduino, após a instalação das bibliotecas que contêm a informação dos registos internos do microcontrolador. O programa original desta placa de desenvolvimento é feita em linguagem Lua Scripting.

A placa inclui um regulador de tensão para 3,3V e um conversor de USB para TTL. Mais informação relativa a esta placa de desenvolvimento está disponível no anexo B.



Medição dos consumos

Tensão


O transformador utilizado para amostragem da tensão da rede foi o transformador para placa de circuito impresso da marca Hahn modelo BV202157 de 230V AC para 9V AC, com uma potência aparente máxima de 0,5VA e uma corrente máxima no secundário de 0,55mA. Este transformador possui isolamento galvânico que protege a unidade de aquisição de dados contra sobretensões e ruído elétrico provenientes da rede e contra curtos circuitos. O valor da tensão em vazio é de 14,2V, devendo-se isto à tensão variar consoante a carga aplicada no secundário.



  1. Transformador para circuito impresso Hahn BV 202 0157[Hah].

A tensão admitida nas portas de entrada do Arduino tem valores padrão entre os 0 e os 5V. Contudo o valor máximo pode ser ajustado através de uma referência interna ou externa ao microcontrolador por meio de programação. De modo a obter detalhe nas leituras efetuadas, foi necessário condicionar do sinal enviado para o conversor analógico-digital (ADC), neste caso programado para tensões entre os 0V e os 2,56V. Este condicionamento foi feito através de um divisor de tensão resistivo, em que foi levado em conta a corrente máxima no secundário e a tensão máxima do conversor ADC.

Como se queria medir o valor eficaz da tensão, decidiu-se que em vez de se retificar a onda sinusoidal vinda do secundário do transformador se somaria uma tensão DC de offset tendo em conta o intervalo de tensão 0 - 2,56V, isto para subir o valor da tensão para valores apenas positivos. Esta tensão DC provém diretamente da saída de tensão do Arduino e tem o valor de 3,3 V, podendo a mesma conduzir uma corrente máxima de 50mA.

Na Figura 31 estão representadas as formas de onda aproximadas anteriormente referidas, em que está representado a cor azul a forma de onda da tensão no secundário do transformador, a vermelho a forma de onda da tensão no secundário após aplicação de um divisor de tensão, a laranja a tensão de corrente contínua proveniente do Arduino e a roxo a soma da tensão DC com a tensão AC dividida.





  1. Sintetização do condicionamento do sinal de tensão.

Procedeu-se então ao dimensionamento e escolha dos componentes a utilizar, tendo em conta que se queria obter uma amostra da tensão vinda do transformador com um valor de aproximadamente 1V e que a soma a este valor da tensão de offset não poderia exceder os 2,56V. Para efeitos de dimensionamento, foi atribuído o valor de 10KΩ à resistência R1.





  1. Divisor de tensão, em que Uin é a tensão de entrada e Uout é a tensão de saída.





(1)

Ajustou-se o valor da resistência R2 para o valor existente de 120KΩ. Para estes valores de resistência fica garantida que a carga aplicada ao transformador não fará ultrapassar o valor da corrente máxima que o mesmo pode fornecer. Sendo o valor da tensão de amostragem próximo de 1V decidiu-se reduzir o valor da tensão de offset para metade. Com a tensão à saída do Arduino 3,3V foi aplicado um divisor de tensão constituído por duas resistências de 470KΩ para descer o valor da tensão para metade e garantir um baixo consumo. O valor destas resistências foi atribuído tendo em conta que se desejam aplicar vários pontos de offset, pelo que é necessário manter a corrente baixa devido à saída de corrente do Arduino apenas conseguir fornecer até 50mA. O valor da tensão de offset é aproximadamente 1,667V, somando este ao valor da tensão secundário do transformador assegura-se que a tensão é sempre positiva.



  1. Divisor de tensão para a obtenção da tensão DC de offset.

Para limitar a corrente na porta de entrada do microcontrolador, colocou-se uma resistência com o valor de 1KΩ, ficando o circuito como o representado na Figura 34. Para filtrar o ruído gerado pela componente de corrente contínua da tensão de offset, foi adicionado um condensador de 10µF em paralelo com a resistência que liga o nó da tensão de offset à massa.



  1. Circuito de amostragem da tensão, ligado a uma entrada com conversor ADC do Arduino.




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