Disponibilizando componentes e evitando circuitos perigosos

Apresentação em tema: "Disponibilizando componentes e evitando circuitos perigosos"— Transcrição da apresentação:

1 Disponibilizando componentes e evitando circuitos perigosos
Como criar um laboratório para ensino de eletrônica com acesso remoto Part 3 Disponibilizando componentes e evitando circuitos perigosos

2 Esboço Disponibilizando componentes físicos para experimentos remotos
Assegurando que apenas circuitos inofensivos possam ser ativados Experimentos avançados Sumário

3 Manipulação de componentes e verificação do circuito
Em um Laboratório local o instrutor disponibiliza para cada bancada de trabalho um conjunto de componentes para serem utilizados durante a sessão de laboratório Durante a sessão de laboratório é permitido aos estudantes ativarem a fonte de tensão apenas após o instrutor verificar que os circuitos montados são inofensivos.

4 Manipulação de componentes e verificação do circuito no laboratório
O instrutor do laboratório instala o conjunto de componentes na matriz de comutação para a sessão de laboratório. O estudante pode somente utilizar o conjunto pertencente à sessão à qual está registrado. Antes de um circuito ser ativado, este é verificado por um “instrutor virtual” que utiliza regras escritas pelo professor. O professor não pode depender do instrutor de laboratório para checar se os circuitos são perigosos ou não, pois este não está sempre presente.

5 Componentes para os estudantes
:35 Componentes utilizados nos exercícios de laboratório são instalados na matriz A matriz de comutação é uma pilha de placas. Os relés, juntamente com os conectores para os instrumentos, e soquetes para componentes estão arranjados em um padrão tridimensional. O professor ou instrutor instala na matriz os componentes a serem usados no laboratório. O número de componentes online pode ser aumentado adicionando-se mais placas. Componentes para os estudantes ICBL 2008 5

6 Preparação do Laboratório em três passos
O instrutor instala na matriz os componentes listados no manual de instruções do laboratório necessários para àquele exercício. Os professores criam regras para o instrutor virtual para cada experimento de laboratório. Cabe também aos professores o cuidado para que o conjunto correto de componentes seja mostrado na caixa de componentes localizada acima da matriz de contados (protoboard) virtual. Como mostrar os conjuntos de componentes já foi previamente discutido na parte 2 deste tutorial. Antes de eu iniciar a primeira parte sobre a preparação do laboratório eu irei descrever rapidamente nos próximos quatro slides como a protoboard virtual e a matriz de comutação funcionam.

7 :35 O circuito é montado na matriz de comutação obedecendo-se as conexões feitas na protoboard virtual Protoboard Virtual Matrix de Comutação XML, TCP/IP, porta 2324 Servidor de Equipamentos Computador do Cliente O procedimento para se criar um circuito na matriz imita como o estudante conecta um circuito em uma protoboard real O estudante conecta um circuito experimental na protoboard virtual. Apenas quando ele/ela pressiona o botão „Perform Experiment“, uma descrição do circuito é enviada ao servidor. Uma rotina do instrutor virtual verifica se o circuito desejado é perigoso. Este é então enviado à matriz de comutação onde o circuito é criado. ICBL 2008 7

8 Matriz de Contatos (protoboard)
:35 Matriz de Contatos (protoboard) Os conectores localizados nas extremidades da protoboard virtual conectam-se aos instrumentos imitando a caixa que suporta a protoboard real, mas os soquetes e cabos são omitidos. Os furos da protoboard são interconectados em grupos de cinco furos. Cada grupo pode ser um nó do circuito e pode ser a terminação de cinco cabos ou pinos. Se mais do que cinco furos são necessários para um nó, um jumper conectando-se ao próximo grupo de cinco furos pode ser utilizado. Possível nó de um circuito ICBL 2008 8

9 Placa para componentes da matriz
:35 Placa para componentes da matriz Soquete de 20 pinos para componentes com mais de dois pinos Conector de nós Um componente com apenas dois pinos Grupo de 6 pinos interconectados para formarem um possível nó A placa de componentes é a placa no topo da pilha mostrada anteriormente. Essa placa emula a matriz de contatos (protoboard). Existem 17 grupos de seis conectores de cabos formando 17 possíveis nós correspondendo aos grupos na protoboard. O conector central, o “conector de nós” propaga os possíveis nós para as outras placas, formando um barramento de nós. A notação „nó“ é usada, pois cada condutor criado através da pilha de conectores pode ser um nó de um possível circuito. Entretanto, apenas 10 dos possíveis nós são utilizados como nós de circuitos de teste na atual versão do software. Os outros sete são utilizados para conexões da fonte de tensão e para futuras expansões. O professor ou instrutor do laboratório conecta componentes com dois terminais localizados ao lado dos relés aos nós através de dois switches de relés. Componentes com mais de dois terminais ou pinos instalados no soquete para CIs são conectados aos nós através de um número adequado de relés. Assim, os componentes estão conectados aos nós apenas quando os switches dos relés estão na posição fechada. Dessa maneira os componentes estarão disponíveis para que circuitos sejam criados. Se mais soquetes são necessários, outras placas podem ser adicinadas à pilha. Os relés são identificados através de um número impresso na placa à direita ou esquesda dos relés. Cada placa também é identificada por um número armazenado no firmware da placa. Relés de dois polos Relés de um único polo ICBL 2008 ICBL 2008 9

10 Parte do lay out da placa de componentes
Os nós são denominados A – I e 0 Os outros condutores nos nós são denominados X1 – X6 e COM. Eles são usados para conexão com a fonte e para futura expansão da matriz Neste slide pode-se ver facilmente os nomes dos nós, os switches dos relés e seus números. Nas placas eles estão sobrepostos por soquetes e cabos. Os números dos relés são utilizados para identificar os componentes que os relés conectam. Os dois soquetes superiores para relés em ambos os lados do barramento de nós suportam relés DIL de dois pólos ou SIL de um pólo. Caso relés DIL sejam usados, os números do relés são 5,7 e 11,13. Número do relé ICBL 2008

11 Documentação da configuração da matriz (Component List)
Todos os compenentes instalados na matriz são salvos em uma lista chamada Lista de Componentes (component.list) As fontes também são salvas na lista Conjuntos de componentes para várias sessões de laboratório podem estar online se a matriz possuir mais de uma placa de componentes O driver da matriz, Circuit Builder, utiliza a lista de componentes para associar os nós de um componente com o número de um relé A lista de componentes faz com que os componentes instalados sejam reconhecidos pelo software. Existe apenas uma lista de componentes para cada matriz de comutação. ICBL 2008

12 Uma parte da Lista de Componentes
:35 Uma parte da Lista de Componentes *This is comment Números dos pinos * Kort OP_4_10:4_11:4_13 NC B D G NC C F NC uA741 R_4_9 A B 1.6k R_4_8 B C 1.6k O texto em vermelho não faz parte da lista. Ele mostra apenas a orden dos pinos para componentes com mais de dois pinos. NC significa não conectado. Essa pequena parte lista os componentes e cabos instalados na placa número 4. Cada linha representa um componente. Separadores em uma linha são espaços simples, mas dois pontos (:) separam relés. Neste slide a lista é separada em 3 colunas. A coluna da esquerda mostra o número dos relés usados. A coluna do meio mostra em quais nodos os pinos estão conectados. OP_4_10:4_11:4_13 significa <tipo do componente>_<número da placa>_<número do relé>:<número da placa>_<número do relé>:<número da placa>_<número do relé>. Três relés são usados para conectar o amplificador operacional. NC significa não conectado. Por exemplo, pino 2 conecta-se ao nodo B através do switch superior do relé 10 e os pinos 6 e 7 conectam-se aos nodos C através do relé 13. Esses três componentes são instalados na placa 4 Número da placa ICBL 2008 12

13 Conexões possíveis para o mutímetro digital e osciloscópio
:35 Conexões possíveis para o mutímetro digital e osciloscópio A placa do multímetro digital possui duas entradas, uma para medir-se tensão e resistência e uma para medida de corrente. Cada uma dessas entradas pode ser conectada a qualquer um dos nós A – I ou 0 para realizar-se medições diferenciais. O terminal terra de ambos os canais do osciloscópio são conectados ao nó 0. Os outros terminais podem ser conectados a qualquer um dos nós A – I ou 0. As possíveis conexões do multímetro digital e oscilloscópio são fixas e não são salvas na Lista de Componentes, entretanto, as possibilidades para conexão das fontes são, como mostrado nos próximos dois slides. ICBL 2008

14 Conexão do multímetro digital, osciloscópio e fontes de tensão
Placa do Multímetro Placa do oscl. Placa da Fonte

15 Conexão das diversas fontes
O gerador de função pode ser conectado ao nó A. O terminal de referência é permanentemente conectado ao nó 0 A fonte de tensão diferencial pode conectar-se à X2, X3. O terminal comum é permanentemente conectado ao COM A fonte de tensão nao diferencial pode conectar-se a X1 e seu outro terminal é permanentemente conectado ao nó 0. O número da placa da fonte é sempre 24 Os terminais de referência do oscilloscópio e gerador de função são conectados ao terra de proteção, assim, o nó 0 é conectado também ao terra. O GND na protoboard também refere-se ao nó 0.

16 As conexões da fonte são listadas na lista de componentes
:35 As conexões da fonte são listadas na lista de componentes Uma parte da lista de componentes: * Fonte de tensao * Placa 24 é a placa da fonte VDC+25V_24_4:4_5 F VDC+25V_24_4:4_3 D VDC-25V_24_5:4_4 G VDC+6V_24_3:4_7 A VDCCOM_24_2 0 * Gerador de Funcao VFGENA_24_1 A A B COM C X1 D X2 E X3 F X4 G Os conectores X e COM do barramento de nodos não são suportados na atual versão do software e não devem ser usados na lista de componentes. Deste modo, as fontes de tensão devem ser conectadas à um nodo através de duas chaves de relés em série. Agora, todos os componentes necessários para experimentos básicos em amplificadores operacionais estão instalados. O próximo slide mostra o circuito que seria criado se todos as chaves estivessem abertas. ICBL 2008 16

17 Circuito criado se todos os componentes instalados forem conectados
:35 Circuito criado se todos os componentes instalados forem conectados Essa configuração suporta experimentos com amp ops inversores e não inversores. Por exemplo, existem três resistores de realimentação diferentes a serem escolhidos para circuitos inversores. Agora o instrutor configurou a matriz de comutação. Vamos continuar com os preparativos por parte do professor. ICBL 2008 17

18 Preparativos do Professor
Todos os componentes necessários para uma sessão de laboratório devem estar online Deve ser possível conectá-los de modo que os circuitos dos exercícios de laboratório possam ser montados. Deve-se também possibilitar a realização de erros não nocivos ao equipamento. Todos os componentes necessários estão online e é possível conectar circuitos para experimentos com amplificadores operacionais. Seria suficiente se a matriz de comutação permitisse a criação apenas de circuitos descritos em manuais de instrução de laboratórios? Não. Deve ser dada aos estudantes a possibilidade de cometerem pequenos erros e assim aprender a corrigi-los. Além dos circuitos descritos em manuais de instruções, a matriz de comutação deve permitir a criação de circuitos simples e seguros também.

19 Maneiras para se evitar circuitos perigosos
É possível limitar a máxima tensão ou corrente permitida para a saída das fontes. Os níveis de impedância das malhas possíveis de serem criadas podem ser controladas. O instrutor virtual verifica se os circuitos projetados são inofensivos aos equipamentos antes de ativar a fonte de tensão. As regras do instrutor virtual são criadas pelo professor.

20 :35 O professor especifica as regras em Max Lists que mostram todas as conexões permitidas VFGENA_1     A 0 max:5 VDC+25V_1    F    vmax:15 imax:0.5 VDC-25V_2    G    vmax:-15 imax:0.5 VDCCOM_1    0 OP_1    nc1 B D G nc5 C F nc8 uA741 R_R1            A B 1k R_R2            A B 1.6k R_R3            A B 10k R_R4            B C 1k R_R5            B C k R_R6            B C 10k R_R7            0 B 1k R_R8            0 B 10k JUMPERLEAD_S1 A B JUMPERLEAD_S2 A D JUMPERLEAD_S3 B C JUMPERLEAD_S4 0 D JUMPERLEAD_S5 0 C O instrutor virtual permite a ativação de circuitos cujos componentes estão listados em no mínimo uma Max List. Caso nenhuma Max Liste seja definida, nenhum circuito pode ser ativado. O instrutor virtual utiliza todas as Max Lists definidas. Este é o final dos preparativos por parte do professor. Em cursos mais avançados, os estudantes realizam experimentos com circuitos maiores. Esses estudantes querem que o circuito seja pré-montado e pronto para testes. A combinação entre a protoboard virtual e matriz de comutação é muito útil para isso. O circuito pré-montado deve ver posicionado adjacente à matriz de comutação. Este circuito pode estar em uma PCB ou uma protoboard comum. Em ambos os casos, os pontos de teste são conectados à matriz de comutação pelo professor. Este circuito em teste pode, por exemplo, ser representado na caixa de componentes como um CI de 16 pinos, onde os pinos são os pontos de teste ou conexões de fontes de tensão. Os números dos pinos devem ser encontrados no desenho do circuito pré-montado. Se as fontes da bancada de trabalho são usadas para alimentar o circuito, então o intrutor virtual pode supervisionar suas tensões. Outras combinações, nas quais partes adicionais do circuito são montadas na protoboard virtual também são possíveis. Por exemplo, omite-se a última linha se não for permitido ao estudante curto-circuitar a saída do AMP OP. ICBL 2008 20

21 Uma regra especial para medidas de corrente com o multímetro digital
O multímetro digital quando medindo corrente está em modo de baixa impedância e deve apenas substituir um jumper Esta regra vale sempre. Se você quiser medir, por exemplo, a corrente de curto circuito do amp. op. Este jumper deve ser instalado

22 Uso Avançado A bancada de trabalho pode ser utilizada para se fazer medições em uma PCB ou outro circuito pré-montado com até 10 pontos de teste. É possível também incluir componentes da caixa de componentes e usar as fontes de tensão Os preparativos realizados pelo professor são os mesmos. Entretanto, o circuito fixo deve ser definido como um novo componente. Em cursos mais avançados, os estudantes realizam experimentos com circuitos maiores. Esses estudantes querem que o circuito seja pré-montado e pronto para testes. A combinação entre a protoboard virtual e matriz de comutação é muito útil para isso. O circuito pré-montado deve ver posicionado adjacente à matriz de comutação. Este circuito pode estar em uma PCB ou uma protoboard comum. Em ambos os casos, os pontos de teste são conectados à matriz de comutação pelo professor. Este circuito em teste pode, por exemplo, ser representado na caixa de componentes como um CI de 16 pinos, onde os pinos são os pontos de teste ou conexões de fontes de tensão. Os números dos pinos devem ser encontrados no desenho do circuito pré-montado. Se as fontes da bancada de trabalho são usadas para alimentar o circuito, então o intrutor virtual pode supervisionar suas tensões. Outras combinações, nas quais partes adicionais do circuito são montadas na protoboard virtual também são possíveis.

23 Exemplo de um circuito pré-montado definido como um CI de 16 pinos
O circuito fixo neste exemplo é um simples integrador.

24 Conectando um circuito externo na matriz de comutação
Monte o circuito em uma protoboard convencional e conecte-o à matriz de comutação do mesmo modo feito com o amp op. Cabos curtos devem ser usados.

25 Incluindo o circuito na Lista de Componentes
OP_2_8:2_9:2_10 nc1 A nc3 nc4 G nc6 nc7 nc8 nc9 C nc11 nc12 F D B nc16 int1 R_1_ B C k R_2_ B C k R_1_ B C k R_2_ B C k R_1_ B C k Adicione o circuito e alguns resitores de alta impedância à Lista de Componentes. Integradores reais necessitam de resistores em paralelo com o capacitor.

26 Criando uma Max List 2017-03-30 20:35 VFGENA_1 A max:5
VDC+25V_1 F vmax:15 imax:0.5 VDC-25V_2 G vmax:-15 imax:0.5 VDCCOM_1 0 OP_2_8:2_9:2_10 nc1 A nc3 nc4 G nc6 nc7 nc8 nc9 C nc11 nc12 F D B nc16 int1 R_R1 B C k R_R2 B C k R_R3 B C k R_R B C k R_R B C k ICBL 2008

27 Mostrando o circuito e os componentes extras na caixa de componentes

28 Sumário da Terceira Parte
:35 Sumário da Terceira Parte O conjunto de componentes da sessão de laboratório selecionada pelo estudante é mostrado na caixa de componentes quando o estudante entra no laboratório. As fotos dos componentes são lidas da biblioteca de componentes. Quando o estudante pressiona o botão Perform Experiment as configurações do circuito e instrumentos são enviadas para a bancada de trabalho. O circuit solver mapeia o circuito desejado montado na protoboard virtual para as conexões da matriz, para verificar se é possível criá-lo e depois compara o circuito com com as Max Lists para verificar se este é perigoso. Se o circuito passar das verificações, uma lista de componentes é enviada ao Circuit Builder, que a usa para converter o circuito em números de relés a serem enviados para a matriz. ICBL 2008 28

29 Sumário do Tutorial O laboratório VISIR é um aperfeiçoamento de um laboratório local O software desenvolvido em aproximadamente 20 homens-ano de trabalho está publicado e você está convidado a juntar-se ao grupo VISIR e contribuir com o projeto O objetivo é formar engenheiros com uma sólida e bem documentada experiência em laboratório sem que isso aumente o custo por estudante para as universidades