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Aplicações Embutidas com Sensores Basicamente, é um sistema de dados amostrados: tipicamente amostra e digitaliza periodicamente as leituras analógicas.

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1 Aplicações Embutidas com Sensores Basicamente, é um sistema de dados amostrados: tipicamente amostra e digitaliza periodicamente as leituras analógicas do sensor e realiza o cálculo em cada período. Uma grande parte das aplicações embutidas com sensores são para sistemas de tempo real (STR), interagindo diretamente com dispositivos elétricos especializados e indiretamente com dispositivos mecânicos. A programação dos microcontroladores dos dispositivos normalmente exige o conhecimento das propriedades elétricas e temporais dos dispositivos.

2 Aplicações Embutidas com Sensores Na figura, temos um controle de laço fechado. A planta pode ser uma máquina, um avião, um paciente, um freio, etc. O controlador digital estima o estado atual da planta a partir das leituras dos sensores e calcula uma saída de controle, baseada na diferença entre o estado atual e o estado desejado (entrada de referência). A saída ativa os atuadores, de forma que a devida ação seja tomada. As saídas digitais são convertidas em uma forma analógica para ativar os atuadores.

3 Aplicações Embutidas com Sensores Conversão A/D - D/A: Conversão A/D - D/A: São fases importantes visto que representam o meio de comunicação do microcontrolador com o meio externo;São fases importantes visto que representam o meio de comunicação do microcontrolador com o meio externo; Um erro em uma dessas fases pode comprometer todo sistema;Um erro em uma dessas fases pode comprometer todo sistema; Como exemplo veremos as características de um conversor A/D feito com um C da série 16C6;Como exemplo veremos as características de um conversor A/D feito com um C da série 16C6; A função do conversor Análogico-Digital do Delta-Sigma é modelada por dois segmentos do circuito: um modulador e um filtro digital.A função do conversor Análogico-Digital do Delta-Sigma é modelada por dois segmentos do circuito: um modulador e um filtro digital.

4 Aplicações Embutidas com Sensores O modulador recebe um sinal de entrada que passa pelo diferenciador (somador) junto com um sinal de um conversor (D/A) ;O modulador recebe um sinal de entrada que passa pelo diferenciador (somador) junto com um sinal de um conversor (D/A) ; O sinal diferenciado a seguir passa através de um integrador e finalmente a uma das duas entradas de um comparado;O sinal diferenciado a seguir passa através de um integrador e finalmente a uma das duas entradas de um comparado; No comparador o sinal de entrada é comparado a um sinal padrão (V REF ) e tem sua saída enviada de volta ao diferenciador através do (D/A) de 1-bit e ao filtro digital.No comparador o sinal de entrada é comparado a um sinal padrão (V REF ) e tem sua saída enviada de volta ao diferenciador através do (D/A) de 1-bit e ao filtro digital. A saída do comparador passa através de um filtro digital que, após certo tempo, fornece como resultado da conversão um vetor de bits.A saída do comparador passa através de um filtro digital que, após certo tempo, fornece como resultado da conversão um vetor de bits.

5 Aplicações Embutidas com Sensores Nesta conversão, um dos objetivos é ter a menor taxa de erro possível, ou ao menos, uma taxa que possa ser tratada pelo conversor;Nesta conversão, um dos objetivos é ter a menor taxa de erro possível, ou ao menos, uma taxa que possa ser tratada pelo conversor; Os erros ocorrem devido às aproximações e ao fato de termos de descartar os valores fora de um intervalo determinado.Os erros ocorrem devido às aproximações e ao fato de termos de descartar os valores fora de um intervalo determinado. Sua lógica é descrita abaixo:Sua lógica é descrita abaixo:

6 Aplicações Embutidas com Sensores Tomando os gráficos abaixo vemos o gráfico A apresenta uma maior taxa de erro em comparação ao gráfico B devido a uma menor taxa de amostras por segundo;Tomando os gráficos abaixo vemos o gráfico A apresenta uma maior taxa de erro em comparação ao gráfico B devido a uma menor taxa de amostras por segundo; A B A distância h é conhecida como erro de quantização e, quanto maior for esse erro, maior será a inexatidão do sistema.A distância h é conhecida como erro de quantização e, quanto maior for esse erro, maior será a inexatidão do sistema. h

7 Aplicações Embutidas com Sensores Lei de Controle: Lei de Controle: Normalmente alguma equação ou conjunto de operações sobre o vetor de entrada e o sinal de referência com o intuito de retornar um valor mensurável ao atuador;Normalmente alguma equação ou conjunto de operações sobre o vetor de entrada e o sinal de referência com o intuito de retornar um valor mensurável ao atuador; É parte da rotina que fica embutida no microcontrolador, sendo responsável por ativar sinais críticos internos ao microcontrolador, bem como dar outros dispositivos interrompam o C;É parte da rotina que fica embutida no microcontrolador, sendo responsável por ativar sinais críticos internos ao microcontrolador, bem como dar outros dispositivos interrompam o C; Sua definição depende do conhecimento das características do material envolvido.Sua definição depende do conhecimento das características do material envolvido. Ex.: Em sensores de velocidade é utilizado o efeito Doppler para determinar a velocidade de um corpo: Ex.: Em sensores de velocidade é utilizado o efeito Doppler para determinar a velocidade de um corpo:

8 Aplicações Embutidas com Sensores Sensores de temperatura: Sensores de temperatura: Analógicos:Analógicos: Saída de voltagem é função da temperatura; Saída de voltagem é função da temperatura; Faz uso de termistores e sensores de silício; Faz uso de termistores e sensores de silício; Termistor é um resistor semicondutor sensível à temperatura cuja resistência aumenta rapidamente quando uma determinada temperatura é ultrapassada. Termistor é um resistor semicondutor sensível à temperatura cuja resistência aumenta rapidamente quando uma determinada temperatura é ultrapassada. Alguns tipos de termistores são CECC 44000, IEC e DIN Alguns tipos de termistores são CECC 44000, IEC e DIN 44080; Possuem o mais variado uso: proteção de instrumentos eletrônicos, proteção de sistemas telefônicos, prevenção de erros em circuitos digitais, reguladores de temperatura, etc Possuem o mais variado uso: proteção de instrumentos eletrônicos, proteção de sistemas telefônicos, prevenção de erros em circuitos digitais, reguladores de temperatura, etc.

9 Aplicações Embutidas com Sensores A saída destes dispositivos é direcionada para um comparador ou um conversor A/D onde os dados da temperatura são convertidos em um formato digital (vetor de bits). A saída destes dispositivos é direcionada para um comparador ou um conversor A/D onde os dados da temperatura são convertidos em um formato digital (vetor de bits). Apesar de ser necessário o uso de dispositivos adicionais, os termistores e os sensores de temperatura de silício continuam a ser populares,devido ao baixo custo. Apesar de ser necessário o uso de dispositivos adicionais, os termistores e os sensores de temperatura de silício continuam a ser populares,devido ao baixo custo.

10 Aplicações Embutidas com Sensores Sensores Analog-Plus:Sensores Analog-Plus: Geram uma saída lógica derivada da temperatura medida em uma única linha; Geram uma saída lógica derivada da temperatura medida em uma única linha; O sinal enviado é uma onda quadrada cujo período é proporcional a temperatura medida em Kelvin; O sinal enviado é uma onda quadrada cujo período é proporcional a temperatura medida em Kelvin; Alguns destes sensores permitem que o valor inicial da temperatura seja ajustado com um resistor; Alguns destes sensores permitem que o valor inicial da temperatura seja ajustado com um resistor; É possível que seja usado vários desse sensores (em paralelo) para diferentes mensurações e / ou verificação de diferentes locais; É possível que seja usado vários desse sensores (em paralelo) para diferentes mensurações e / ou verificação de diferentes locais;

11 Aplicações Embutidas com Sensores Sensores de Pressão: Sensores de Pressão: No esquema, um gel de fluor- silicone isola o fundo e os fios do meio externo, permitindo que a variação de pressão seja transmitida para o diafragma, que dentro de si possui um cristal (Quartzo ou a Turmalina).No esquema, um gel de fluor- silicone isola o fundo e os fios do meio externo, permitindo que a variação de pressão seja transmitida para o diafragma, que dentro de si possui um cristal (Quartzo ou a Turmalina). A transmissão de sinal é baseada no efeito piezo-elétrico, isto é, a capacidade que alguns cristais possuem de variar a sua condutividade de acordo com a variação de pressão. A voltagem gerada é proporcional ao grau de compressão.A transmissão de sinal é baseada no efeito piezo-elétrico, isto é, a capacidade que alguns cristais possuem de variar a sua condutividade de acordo com a variação de pressão. A voltagem gerada é proporcional ao grau de compressão.

12 Aplicações Embutidas com Sensores O sinal, após a conversão (A/D) envia ao C uma onda quadrada que é tratada a partir da equação ao lado para medir a pressão real.O sinal, após a conversão (A/D) envia ao C uma onda quadrada que é tratada a partir da equação ao lado para medir a pressão real. Um exemplo desse dispositivo é a série MPXS 4100A, usado para a regulagem do fluído para braços hidráulicos, caçambas, etc.Um exemplo desse dispositivo é a série MPXS 4100A, usado para a regulagem do fluído para braços hidráulicos, caçambas, etc.

13 Aplicações Embutidas com Sensores Sistema Remoto de detecção múltipla Sistema Remoto de detecção múltipla Sistema de controle de pressão, umidade e aceleraçãoSistema de controle de pressão, umidade e aceleração

14 Aplicações Embutidas com Sensores Um transdutor de pressão barométrica capacitivo. Ao lado temos uma fotografia da disposição completa de cinco transdutores com um capacitor interno da referência (centro inferior) Abaixo um close de um único elemento.

15 Aplicações Embutidas com Sensores Diagrama estrutural e fotografia do sensor capacitivo da umidade. Diagrama estrutural e fotografia do sensor capacitivo da umidade. Resposta medida do sensor capacitivo da umidade em diversas temperaturas. Resposta medida do sensor capacitivo da umidade em diversas temperaturas.

16 Aplicações Embutidas com Sensores Diagrama estrutural de um acelerômetro de torção capacitivo central. Diagrama estrutural de um acelerômetro de torção capacitivo central.

17 Aplicações Embutidas com Sensores Exemplo de uso: Aviões de médio porte.

18 Aplicações Embutidas com Sensores Fontes: Fontes: Liu, J.W.S. Real-Time Systems. Prentice-Hall, Texas intruments Tecway Serviços Técnicos e Comércio Ltda. SWISSERV Comércio e Serviços Ltda. IMF eletrônica National Instruments (www.ni.com/devzone)www.ni.com/devzone Sensor do Brasil


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