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editorialEditora Saber Ltda.Diretor Hlio Fittipaldi

Conhecimento e tecnologiaNesta edio a Revista Saber Eletrnica completa 47 anos, considerando desde que a Philips do Brasil lanou o primeiro nmero no incio de maro de 1964. Nestes anos todos, pioneiramente, a revista introduziu no Brasil o conhecimento das novas tecnologias. Em princpio, quando passamos a edit-la em 1976 (edio n 45) era uma publicao direcionada mais aos estudantes e aos tcnicos. Nos ltimos 15 anos mudamos o foco para os profissioHlio Fittipaldi nais de Eletrnica. A partir da a nossa outra publicao, a Eletrnica Total, assumiu o papel de atender os estudantes, professores e os tcnicos em geral. Agora, mais uma vez, nos adiantamos em mostrar ao nosso pblico leitor uma novidade que neste ms comea a chegar s ruas brasileiras. Os carros hbridos que funcionam com combustveis fsseis e eletricidade. A BMW a primeira a trazer seus veculos para a venda em nosso mercado. Logo mais todos convivero com os automveis da Renault e outros. O e-Kart movido somente a eletricidade, que mostraremos nesta e nas prximas edies, possui um mdulo da Infineon com estrutura completa para KERS (Kinectic Energy Recovery System), o chamado freio regenerativo e o DTC (Dynamic Traction Control), controle dinmico de trao que reduz a derrapagem na partida de veculos esportivos como os da Frmula 1. O DTC foi integrado recentemente ao sistema DSC (Dynamic Stabilization Control), controle dinmico de estabilizao que ajuda o motorista a manter a trajetria nas curvas sem perda de controle por falta de aderncia ao solo. Algumas outras novidades aparecem tambm neste projeto, como os faris com LEDs. Esperamos que o leitor curta este projeto que ser dissecado nesta e nas prximas 3 edies. O importante disto tudo, alm da introduo destas novas tecnologias, proporcionar novas ideias de produtos que podero ser desenvolvidos e fabricados no Brasil. Quem sabe at exportados, como prteses mecatrnicas de ps, pernas e braos para seres humanos, ou Robs de Segurana, industriais, de inspeo em locais inspitos, ou ainda empilhadeiras silenciosas e que no poluem o ar. Daremos as dicas de onde adquirir os motores ou a estrutura mecnica com solda sem costura (como a utilizada em avies) e dentro das mais rigorosas normas mundiais de qualidade. Por fim, anunciamos que a partir desta edio disponibilizaremos a Saber Eletrnica, no formato para tablets e smartphones atravs da distribuio da Saraiva Digital. No deixe de nos seguir tambm no Twitter em http://twitter.com/editora_saber, para ficar a par do que acontece nas nossas diversas publicaes. Atendimento ao Leitor: [email protected] artigos assinados so de exclusiva responsabilidade de seus autores. vedada a reproduo total ou parcial dos textos e ilustraes desta Revista, bem como a industrializao e/ou comercializao dos aparelhos ou idias oriundas dos textos mencionados, sob pena de sanes legais. As consultas tcnicas referentes aos artigos da Revista devero ser feitas exclusivamente por cartas, ou e-mail (A/C do Departamento Tcnico). So tomados todos os cuidados razoveis na preparao do contedo desta Revista, mas no assumimos a responsabilidade legal por eventuais erros, principalmente nas montagens, pois tratam-se de projetos experimentais. Tampouco assumimos a responsabilidade por danos resultantes de impercia do montador. Caso haja enganos em texto ou desenho, ser publicada errata na primeira oportunidade. Preos e dados publicados em anncios so por ns aceitos de boa f, como corretos na data do fechamento da edio. No assumimos a responsabilidade por alteraes nos preos e na disponibilidade dos produtos ocorridas aps o fechamento.

www.sabereletronica.com.br twitter.com/editora_saber Editor e Diretor Responsvel Hlio Fittipaldi Diretor Tcnico Newton C. Braga Conselho Editorial Joo Antonio Zuffo, Redao Thayna Santos Reviso Tcnica Eutquio Lopez Colaboradores Alaor Sacomano Csar Cassiolato Eutquio Lopez Filipe Pereira Lucas de Oliveira e Silva Pinto Lus Fernando F. Bernabe Mike Stanley Newton C. Braga Rodrigo DAngelo Mathias Designers Carlos Tartaglioni, Diego M. Gomes Produo Diego M. Gomes PARA ANUNCIAR: (11) 2095-5339 [email protected] Capa Infineon/Divulgao Impresso Parma Grfica e Editora Distribuio Brasil: DINAP Portugal: Logista Portugal tel.: 121-9267 800 ASSINATURASwww.sabereletronica.com.br fone: (11) 2095-5335 / fax: (11) 2098-3366 atendimento das 8:30 s 17:30h Edies anteriores (mediante disponibilidade de estoque), solicite pelo site ou pelo tel. 2095-5330, ao preo da ltima edio em banca.

Saber Eletrnica uma publicao bimestral da Editora Saber Ltda, ISSN 0101-6717. Redao, administrao, publicidade e correspondncia: Rua Jacinto Jos de Arajo, 315, Tatuap, CEP 03087-020, So Paulo, SP, tel./fax (11) 20955333. Associada da:

Associao Nacional das Editoras de Publicaes Tcnicas, Dirigidas e Especializadas

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ndice

34

22Tecnologia14 lgebra de Boole: Desafio com sensores Inteligentes 16 Sensor Magntico facilita o projeto de bssolas eletrnicas

Eletrnica Aplicada18 Inversores Vetoriais de Fluxo 22 E-Kart O Primeiro Kit de Veculo Eltrico do Brasil, completo para voc montar! 28 Rudos e Interferncia em instalaes Profibus 34 Automao e Monitoramento Residencial Wireless

54

Instrumentao42 Testando Baterias com Cargas Eletrnicas

Microcontroladores47 Circuitos de Interface para Microcontroladores

Circuitos Prticos54 Proteo de Circuitos para USB 3.0 60 Seleo de Componentes e Circuitos Automotivos

Editorial Acontece

03 06

Componentes65 AVR32709 Decodificador de udio USB AVR32 UC3

ndice de anunciantesCika ................................................... 05 Key s t o n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 7 National ............................................... 09 Ty c o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 ESC Brasil ............................................ 13 Sick ........................................................ 14 I SABER ELETRNICA 447 I Maio/Junho Farnel .................................................... 15 Pepper Fuchs ......................................... Metaltex ............................................... Globtek ............................................... Patola ................................................ Megabras ............................................... H o n ey we l l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ta t o 17 21 29 31 33 39 45 Arne .................................................. 45 New Case ............................................... 57 Duodigit ............................................... 59 Microtips ............................................... 59 Digi-key ............................................... Capa 2 Texas .................................................. Capa 3 Agilent ................................................ Capa 4

acontece

Dispositivo de proteo trmica em Processos com Reflexo da IndstriaA Tyco Eletronics apresentou recentemente uma avanada tecnologia que permite aos fabricantes incluirem proteo trmica em seus processos de montagem de componentes em superfcies (SMDs) com refluxo, de acordo com o padro RoHS. Eles podem obter uma economia significativa nos custos ao passarem da montagem manual tradicional para os processos com SMDs. O dispositivo de proteo trmica com refluxo (RTP, em ingls) pode ser instalado facilmente, com rapidez, utilizando-se o equipamento pick-and-place com refluxo livre de chumbo, que um padro na indstria. O dispositivo RTP o nico que resiste a mltiplas aplicaes do refluxo de solda com temperaturas de pico excedendo os 200 C, e mais, o nico que abrir em campo quando detectar temperaturas acima de 200 C. O RTP200R120SA foi o primeiro dispositivo de proteo trmica da famlia de produtos RTP a ser lanado, o qual ajudou a cumprir algumas das mais severas especificaes da eletrnica, baseadas na AECQ. O dispositivo RTP200 pode ser empregado para subtituir Power Fets redundantes, rels e radiadores de calor pesados que so tipicamente usados em projetos automotivos, oferecendo ao mesmo tempo uma soluo robusta para servidor IT, fonte de alimentao de telecom e outras aplicaes industriais. Este dispositivo auxilia na proteo contra danos de fuga trmica causados por capacitores, CIs, resistores e outros componentes de potncia que podem quebrar ou falhar, alm de proteger dos efeitos de qualquer tipo de aquecimento induzido por corroso. O dispositivo RTP possui uma baixa resistncia-srie (tpica de 1,2 m), bem como caractersticas de interrupo de alta corrente CC (de 200 A em 16 VCC ou 100 A em 32 VCC). Este componente de proteo trmica utilizado para ajudar a cumprir as especificaes de confiabilidade dos sistemas eletrnicos automotivos de potncia, abrangendo ABS, ventoinhas de resfriamento e aplicaes dirigidas de potncia. O RTP200, que abre em temperaturas superiores a 200 C, ajuda a prevenir falsos acionamentos e melhora a confiabilidade do sistema, uma vez que esse valor trmico est acima da janela de operao normal da maioria dos sistemas eletrnicos, mas abaixo do ponto de fuso dos ferros de solda lead-free. Como consequncia, o RTP200 no abrir se componentes adjacentes estiverem operando em sua faixa de temperatura -alvo, porm, dever abrir antes que um componente dessolde e crie risco potencial de curto-circuitos adicionais. O dispositivo RTP utiliza um processo de ativao eletrnica one-time que o torna sensvel temperatura, de forma a permitir que ele abra em 200 C quando estiver funcionando em campo. Antes da ativao ele dever suportar trs aplicaes de refluxo com soldador Pb-free sem abrir. O timing do acionamento eletrnico determinado pelo usurio, podendo ser implementado para funcionar automaticamente quando o sistema estiver energizado, ou ainda no perodo de testes do mesmo. A sensibilidade trmica do RTP benfica, j que em alguns casos, componentes de potncia com defeito podero deixar de gerar um curtocircuito fatal em condies de sobrecorrente, mas, em vez disso, criar um curto resistivoque no pode ser eliminado por um fusvel tradicional. Esse tipo de evento poder, de fato, reduzir a corrente de carga, embora possa resultar em uma condio de fuga trmica insegura. O RTP200 ajuda a prevenir danos causados pelas duas condies citadas: Um curto-circuito fatal ou um curto-circuito resistivo. O dispositivo RTP200 resistente a choques, vibrao, ciclo de temperatura e exposio a umidade. Ele tambm foi testado para cumprir ou exceder algumas das mais severas especificaes automotivas AECQ referentes a testes ambientais e de vida operacional. Para simplificar a instalao, melhorar a confiabilidade do sistema e otimizar o acoplamento trmico com a PCI, o mencionado dispositivo pode ser instalado usando-se processos SMD padronizados e no requer qualquer ferramenta especial ou instalao manual. Ele, ainda, ajuda a conservar um espao de placa valioso em um projeto com custo econmico. Alm disso, o RTP200 tambm livre de halognios e cumpre as condies RoHS e permite o Conformal coating. Para reforar esta notcia, novas extenses de produtos com tecnologia escalonvel incluindo um RTP de 0,6 m iro melhorar a oferta de produtos da Tyco Eletronics, no auge tange a solues de proteo de circuitos. Para obter mais informaes ou assistncia tcnica, favor acessar o endereo abaixo: www.circuitprotection. com/rtp-launch.

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aconteceCurtasMo robticaAlunos da Faculdade de Ambiente Construdo The Bartlett , que faz parte da University College London ( UCL ), utilizaram o sensor de movimentos da Microsoft e, a partir de chips Arduino, desenvolveram um brao rob que repete os gestos do usurio. Segundo informaes do site Make: Online , o Kinect capta e processa os movimentos que a pessoa executa. Os dados so ento enviados uma central feita com Arduino que, em seguida, emite os sinais ao rob delta. Trata-se de uma mo eletrnica em forma de pina, suspensa por trs cabos que controlam sua elevao e rotao. A equipe responsvel pelo projeto formada por Miriam DallIgna, Criaco Castro, Enrique Ramos e Ruairi Glynn. Vdeo disponvel em goo.gl/BljiX.

Energy ShowDias 12 e 15 de abril no Centreventos Renato Archer em Florianpolis (SC), acontecer o Energy Show 2011, que tem como objetivo reunir profissionais das diferentes vertentes dos setores de energia (Transmisso, Gerao e Distribuio) em minicursos e palestras com especialistas desse mercado, gerando discusses e aprendizado sobre as inovaes. Na programao tcnica, a Vieira-Ishikawa vai ministrar o minicurso Protocolos de Comunicao Digital no Setor de Energia no dia 14 de abril, e ir apresentar a palestra O emprego de sistemas de superviso e aquisio de dados no setor de energia e os benefcios obtidos com a especializao de produo de aplicativos SCADA, no dia 15 de abril. Para maiores informaes acesse o site www.energyshow.com.br.

Carros eltricosA empresa americana Evida Power Inc, que opera em Israel fabricando baterias de ltio-ferro-fosfato para veculos eltricos, assinou um contrato de US$ 250 milhes com a fabricante francogermnica de veculos eltricos Mia Electric para fornecer 50 mil baterias de 8kw/h para trs novos modelos at 2016. As entregas tero incio em junho prximo. Asher Bennett, CEO da Evida, disse que o contrato foi assinado depois de vrios meses de negociaes. As baterias sero fabricadas na China. Dada a falta de infra-estrutura adequada para recarregar veculos eltricos na Europa, as baterias foram adaptadas para as necessidades da Mia Electric, tornando-se recarregveis por meio de uma tomada eltrica.

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acontece

Implantao de Etiquetas Eletrnicas no Varejo

Etiquetas eletrnicas de prateleira com comunicao bidirecional garantem atualizao de valores e dados; sistema modifica at 300 mil etiquetas/hora e informa preos, descries, promoes e dados gerenciais em at 32 pginas por etiqueta

A empresa Seal Tecnologia, especializada em automao baseada em cdigo de barras, coletores de dados, redes sem fio e RFID (identificao por radiofrequncia), est implementando solues de etiquetas eletrnicas. A integradora, pretende contribuir para a disseminao das etiquetas eletrnicas de prateleira (Electronic Shelf Label, ou ESL) no segmento nacional de supermercados, lojas de departamento e varejo em geral, a partir da oferta da soluo desenvolvida pela parceira francesa Pricer. As etiquetas eletrnicas so dispositivos digitais com tela de cristal lquido que, instaladas nas gndolas, exibem preos, promoes e caractersticas tcnicas dos produtos, alm de dados gerenciais como disponibilidade em estoque, facing e margem de vendas de cada item. A tecnologia baseada em comunicao infravermelha de alta frequncia, e dispe de uma grande capacidade de transferncia de dados que permite atualizar at 300 mil etiquetas por hora.

Para exibir todas as informaes para clientes e varejistas, a soluo da Seal possui at 32 pginas de dados. Os dispositivos tambm ajudam a acelerar a reposio de itens nas gndolas e permite que os supermercados agendem promoes durante o dia, ampliando a rentabilidade. Um dos diferenciais sobre a eficincia deste processo destacado pelo Diretor de Marketing e Vendas da Seal Tecnologia, Wagner Bernardes a tecnologia bidirecional - o recurso confirma ao administrador que as etiquetas realmente receberam todas as atualizaes solicitadas de preos e dados, permitindo assim a comunicao imediata sobre eventuais problemas ao administrador, como a no atualizao de preos, bateria fraca ou furto. Os benefcios vo muito alm do simples corte de custos a partir da substituio das etiquetas de papel tradicionais, que precisam ser trocadas uma a uma e manualmente em caso de mudanas. Com esta soluo

possvel realizar a gesto de preos de forma muito mais eficaz, explica o executivo. A tecnologia da Pricer j foi implantada em redes varejistas em mais de 30 pases. Integrao As etiquetas eletrnicas so conectadas ao sistema de gesto ERP utilizado pelo varejista por meio de uma interface desenvolvida pela Seal. O ERP recolhe dados a partir das vendas registradas no caixa e, por meio da integrao, permite que uma parte deles seja visualizada diretamente nas etiquetas. A partir da parceria com a Pricer, passamos a oferecer uma nova e avanada tecnologia de etiquetas inteligentes, capazes de melhorar a comunicao com o cliente sobre preos, promoes e informaes de venda de mercadorias, alm de fornecer dados detalhados sobre o estoque de maneira gil e prtica aos supervisores e gerentes da loja, finaliza Bernardes.

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aconteceControle de Motor Modular para a prxima gerao da automao industrialA empresa STMicroelectronics, desenvolvedora de solues e dispositivos de energia inteligentes, anunciou o lanamento de um mdulo high-end de controle motor personalizvel, ele pequeno o suficiente para ser montado diretamente sobre motor, alm de oferecer conexo via Ethernet industrial. O novo mdulo viabilizar a execuo mais rpida de solues industriais elegantes e de custo acessvel, como robtica de multieixos, transportadores, mquinas de embalagens e equipamentos de automao de processos. O SPIMD20 pode controlar motores trifsicos brushless de at 2kW, sendo ideal para vrias aplicaes industriais. Desenvolvido conjuntamente com a especialista em controle de motores, a Robox S.P.A, o mdulo combina tecnologias confiveis de semicondutores da ST, incluindo as chaves de potncia IGBTs de 1200V/40A, e o gate driver TD352. Dois microcontroladores STM32 fornecem um poderoso ncleo de processamento para o controle do motor e funes de networking. Tambm oferece interface de comunicao em tempo real, suportando protocolos como EtherCAT e CANopen. Alm disso, est disponvel um firmware bsico que suporta conectividade de rede, e oferece recursos ao controle por PWM, e execuo de loop de corrente e loop de velocidade, sincronizados ao fieldbus. O mdulo suporta a personalizao completa de firmware e de lgica, permitindo que os projetistas tenham controle total sobre o algoritmo de controle de motor e do tipo de Ethernet fieldbus. O SPIMD20 combina configurabilidade personalizada, alto desempenho e a convenincia de controle distribudo, pela primeira vez, em um mdulo pronto para uso, afirma Matteo Lo Presti, vice-presidente de grupo e gerente geral dos Laboratrio de Sistemas e Marketing tcnico, do setor Industrial e Multissegmento da STMicroelectronics. Essa combinao de caractersticas representa um grande avano no controle de motores, que vai permitir aos desenvolvedores reduzirem os custos de engenharia, diminurem o tempo de lanamento e escalarem rapidamente seus projetos medida que os mercados e as oportunidades avanarem, conclui. Por eliminar a sobrecarga de desenvolvimento originada ao se criar um sistema prprio, o SPIMD20 da ST oferece uma plataforma de hardware que permite o incio rpido de novos projetos. Montando-se o mdulo de 165 x 60 x 26 mm junto ao motor, os projetistas podem distribuir o controle para vrios motores. Isto dispensa a centralizao da lgica e das funes de potncia em um rack e, portanto, reduz o cabeamento, simplifica a instalao, promove a escalabilidade e oferece vantagens no campo, como maior confiabilidade e manuteno mais fcil. Principais recursos do SPIMD20: Tenso de alimentao DC (corrente contnua) mxima de 800V; Safe Torque Off por Hardware, para desligar as chaves IGBTs; Arquitetura segura, de acordo com a norma IEC 61800-5-1; Interface de programao serial; Realimentao de posicionamento via resolver ou encoder digital; Anlise de vibrao e sensoriamento trmico; 2 Mbytes de Flash on-board e suporte para carto de memria removvel.

ProdutosCarregador para 5 baterias e um pacote de baterias para Aplicaes PortteisOs carregadores de baterias Li-on de 5 elementos, da Globtek, satisfazem as normas IEC 60950 (ITE), UL1310 (Class 2), IEC 60601-1 (Mdica) e os padres internacionais de EMC. O carregador carrega a bateria em trs etapas: condicionamento, corrente constante e tenso constante. A carga da bateria concluda com um nvel mnimo de corrente, sendo que um timer programvel fornece um backup de segurana para o trmino do carregamento. O projeto inclui tambm um microcontrolador (MCU) com a finalidade de identificao da bateria; mostrador (display) do status do carregamento; e monitorao da temperatura com uso do protocolo de comunicao HDQ do CI fuel gauge (medidor de carga) para bateria BQ27000 embutido no pacote de baterias. Cada encaixe de bateria pode fornecer uma corrente de carga de at 750 mA para uma tenso mxima de 4,2 volts, no modelo de prateleira Globtek ref. 2GL-523450-G, ou em pacotes de bateria desenvolvidos para usurios. Projetos modificados para potncias mais elevadas e/ou ajustveis aos pacotes de baterias do usurio, ou com especificaes opcionais, tambm so disponveis. A Globtek oferece, atualmente, uma garantia de 5 anos para este produto.

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acontece

Honeywell ajuda a construir novo ambiente de simulao em InstitutoA empresa Honeywell foi selecionada pelo Instituto de Pesquisa de Equipamentos Marinhos da Coreia (KOMERI), para implementar o UniSim - simulador de solues, no novo Centro de Teste e Certificao da Komeri, que est sendo construdo em Geoje, na Coreia. Komeri o principal instituto de pesquisa da Coreia do Sul. O novo ncleo ser equipado para dirigir o desenvolvimento tecnolgico de produo flutuante, armazenamento e unidades de descarga de gs natural liquefeitos no pas. O software UniSim, da Honeywell, ir fornecer uma srie de solues de simulao unificada para melhorar o desempenho durante todo o ciclo de vida do ncleo, possibilitando que o Instituto crie o ambiente virtual necessrio para dar suporte ao treinamento e aos servios de ensino relacionados ao transporte de LNG-FPSO (gs natural liquefeito), requisito exigido pelas empresas de construo naval e offshore na Coreia. Como lder em pesquisa e desenvolvimento para processos e equipamentos martimos e de offshore na Coreia, o Komeri precisa construir estes ambientes virtuais para ajudar nosso Pas a se tornar um dos lderes em construo naval e ajudar as companhias da indstria pesada a fortalecerem suas posies em projetos de LNGFPSO em todo mundo. Ao utilizar os recursos do Multi-Purpose Dynamic Simulator (MPDS), que baseado em equipamento, software e servios da Honeywell, estas empresas sero capazes de utilizar tais tecnologias com mais propriedade, permitindo que elas desenvolvam novos projetos, que as levaro a melhores operaes, afirma Tae-Hyoung Kim, chefe do Centro de Testes e Certificao do Komeri. Tanto para simulao de unidades de processos e aplicativos online quanto para os offline, o UniSim tem a capacidade de ajudar seus clientes a identificar os benefcios existentes dentro do ciclo de vida destas tecnologias. Desse modo, companhias de construo naval e offshore podem adquirir e compartilhar conhecimento, melhorar sua rentabilidade e maximizar o retorno dos seus investimentos em tecnologias de simulao. Segundo o doutor Kang-Ju Lee, lder em solues avanadas de negcios da Honeywell na Coreia, O interesse mundial pelo LNG FPSO est apenas comeando. Nossos clientes na indstria de construo naval so pioneiros no desenvolvimento de cursos de desenvolvimento de tecnologias, testes e certificaes que os auxiliaro a atender os padres globais de segurana e confiabilidade para este novo mtodo de armazenamento e transporte de gs. Com o UniSim, o Komeri ser capaz de desenvolver e oferecer uma sute mais ampla de certificaes, treinamentos, servios e ferramentas em pesquisa e desenvolvimento para as empresas de construo naval e offshore de modo que elas garantam a mais alta posio no mercado de LNG FPSO.

ProdutosInovaes da Instrutherm para a FIEE EltricaA empresa Instrutherm marca presena na 26 edio da FIEE Eltrica 2011 e dentre as novidades reservadas para o evento, esto diversas solues para o setor eltrico, como o Boroscpio Digital BOR-200, lanamento e exclusividade da empresa para o mercado nacional. Marca prpria, o aparelho utilizado para visualizar locais de difcil acesso, alm de peas e equipamentos submersos em gua. O BOR-200 vem com cabo extensor prova dgua, que alcana at um metro de distncia, alm de ter ngulo de viso de 0 a 180 e uma pequena cmera embutida com iluminao ajustvel em at 10 nveis, permitindo a inspeo desde em motores, mquinas, tubulaes, entre outros. Alm disso, com esse equipamento possvel recuperar peas perdidas, j que, junto a ele, so fornecidos adaptadores como um espelho para visualizao, um gancho e uma ponta magntica. Outro destaque da Instrutherm durante a FIEE o Osciloscpio Digital Porttil OD-420, tambm com funo de multmetro e sada USB. usado para medir sinais eltricos, permitindo identificar peas e componentes com defeito em circuitos e equipamentos eletrnicos. Alm disso, o aparelho possui dois canais, display colorido de cristal lquido de bateria recarregvel e interface de comunicao USB. Como multmetro, mede tenso alternada at 750 volts, tenso contnua at 1000 volts e corrente alternada e contnua at 10 ampres. A Estao de Solda Digital ESD-930 tambm estar no estande. Esse equipamento foi especialmente desenhado para atingir altas temperaturas na soldagem com Lead-free, um grande diferencial desse aparelho. Tem aquecimento rpido atinge 350C em at 25s-; retomada de temperatura rpida aps pausas; ponta facilmente substituvel; aquecedor separado da ponta, para evitar que a troca seja feita em conjunto; temperatura controlvel no painel digital, totalmente processada por CPU; funo Stand by; escala de 200C at 450C; ferro de solda e suporte para ferro. A empresa apresenta, ainda, as Fontes de Alimentao FA-2030 e FA-3005, o Analisador de Energia AE-200, o Terrmetro tipo Alicate MRT-100, o Volt-ampermetro VA-350 e o Multmetro Digital MD-730.


tecnologias

lgebra de BooleDesafio com sensores Inteligentes

U

Este Desafio foi elaborado pelo Professor Karl Heinz Klauser do Curso de Automao do Colgio Impacta, em colaborao com a empresa SICK Soluo em Sensores Ltda que forneceu os sensores para os testes prticos

m dos grandes desafios na formao profissional a valorizao do perfil multifuncional do ser humano. Otimizao a palavra-chave. Os sensores tambm precisam obedecer a este desafio, em especial os sensores inteligentes que fazem mais com menos. neste ambiente que resolvemos lanar um desafio aos leitores, utilizando sensores para obter no campo prtico uma ferramenta para estudar a lgebra de Boole e em especial praticar o Mapa de Karnaugh e, com isto, valorizar o profissional tcnico. Veja a ilustrao 1: Podemos demonstrar que A + AB (leia-se A OR A AND B ) igual a A, isto , o resultado da operao lgica depende apenas de A, e que B ocupa espao, gasta energia, encarece o produto e no participa do resultado lgico. Iremos dispor de 4 sensores indutivos da SICK formando conhecidas estruturas geomtricas planas: quadrado e tringulo retngulo. O desafio muito simples:B A C D

ConferindoSegmento AB A/B/ + A/B = A/(B/+B) = A/(cateto) Segmento BC A/B/ + AB/ = B/(A/+A) = B/(cateto) Segmento CD AB/ + AB = A(B/+B) = A(cateto) Segmento DA AB + A/B = B(A+A/) = B(cateto) Segmento ACAB/ + A/B = AB/+A/B = (hipotenusa) Segmento BDA/B/+AB=A/B/+AB = (hipotenusa)

Escolhido um vrtice, isto , ativado um sensor voc ir ativar outros dois para compor os catetos de um tringulo-retngulo. Hipotenusa, nem pensar... Vamos l. Voltemos no tempo e vamos relembrar Mapa de Karnaugh. Trata-se de um mtodo que permite simplificar expresses booleanas sem precisar conhecer os teoremas e postulados da lgebra Booleana. Os grupamentos permitidos, mltiplos de 2, formados na horizontal ou vertical, formam os catetos de um tringulo retngulo, sendo que na diagonal os grupamentos no so permitidos, portando hipotenusa nem pensar... Segmentos vlidos: AB, BC, CD, DA Segmentos no vlidos: AC, BD

Acabamos de demonstrar que as hipotenusas no admitem simplificao. E agora no causa surpresa voc visualizar que AB e CD no so mais catetos de um tringulo-retngulo e sim os lados opostos de um quadrado, assim como AD e BC formam os outros lados opostos de um quadrado. Finalmente: De um quadrado obtemos 4 tringulos-retngulo, porm diagonal diagonal, no pode ser simplificado e quem nasceu para ser cateto sonha um dia ser hipotenusa, ms no mximo chegar a lado de um quadrado. Pitgoras que o diga. Voc aceita o desafio de desenvolver o esquema lgico que permite visualizar as simplificaes das expresses booleanas no Mapa de Karnaugh? Transforme o terico em prtico. Visualize a lgebra de Boole, e conforme-se de que OU EXCLUSIVO e OU EXCLUSIVO NEGADO no admite simplificao. Bom passatempo e desafio para valorizar os neurnios, e, parabns pelo seu conhecimento de lgebra de Boole. O mercado est de olho em voc. Acredite! Voc tambm poder participar desse desafio no stand da SICK na FIEE Feira da Eletroeletrnica que ocorrer nos dias 28 de maro a 01 de abril no Pavilho de Exposies do Anhembi, das 13 s 21 hs, Stand E78. Cadastre-se e participe! E

14 I SABER ELETRNICA 451 I 2011

tecnologias

Sensor Magnticofacilita o projeto de bssolas eletrnicas

Mike Stanley Traduo: Eutquio Lopez

H

alguns anos, eu e meus colaboradores trabalhando nos controladores digitais Freescale (DSCs), resolvemos incluir a MRAM Magnetoresistive Random Access Memory no desenvolvimento de um de nossos projetos. Com o passar do tempo, a MRAM foi difundida em nosso meio como uma possvel memria universal, que teria velocidade de escrita semelhante SRAM e densidade prxima da memria flash. Desde que nossos controladores DSC inclussem ambas (RAM e Flash), ns imaginvamos ser capazes de simplificar sua arquitetura empregando uma memria simples para enderear tanto o cdigo (esttico e dinmico) quanto o armazenamento de dados. Em reunio com a equipe tcnica da empresa responsvel pelas MRAMs, ns revimos a tecnologia e consideramos as dvidas pendentes. Depois de muitos clculos, conclumos que o timing no era o melhor para fazermos uma mudana na arquitetura. Adiantando o calendrio em alguns anos, aqui estamos ns em 2011. Agora eu fao parte da equipe de operao dos Sensores Freescale e, de novo, estou vendo a tecnologia MRAM. Mas, no decorrer desses anos, ns usamos a TMR Tunneling Magnetoresistive Technology como

base de uma nova famlia de dispositivos para sensoriamento magntico. H algumas semanas, no CES, a Freescale anunciou o primeiro membro dessa famlia: o magnetmetro de 3 eixos MAG3110. A incluso desse produto no mercado ser o prximo passo do planejamento da empresa, no sentido de oferecer um conjunto abrangente de sensores para atender os segmentos de navegao e jogos. Antes de aprofundar-nos nas especificaes , faamos uma breve recordao de nossas unidades de medida: a unidade SI para o campo magntico B o tesla (abreviao:T). A Wikipedia descrever para voc que: uma partcula carregada com 1 coulomb, passando por um campo magntico de 1 tesla com velocidade de 1 m/s, sofrer a ao de uma fora de 1 newton. A forma da equao : 1T = 1 N/(Am). Uma outra unidade usadaItem being measured Earth magnetic field at zip code 85284 (Tempe, Arizona) on 1/1/2011 Typical refrigerator magnet Small iron magnet Small neodymium- iron- boron (NIB) magnet

frequentemente o gauss (abreviao: G).As duas so facilmente convertidas uma na outra: 1 T = 10 000 G, ou 1 G = 10-4 T = 100 T. Alguns valores tpicos de campo magntico, possveis de encontrar em algumas aplicaes so mostrados na tabela 1. Tendo em vista tudo isso, ns resolvemos resenhar as especificaes preliminares para o MAG3110 (tabela 2). Observando o diagrama de blocos do MAG3110, ilustrado na figura 1, notamos que o CI inclui o sensor TMR de 3 eixos, o circuito de controle associado, o conversor analgico-digital e o controlador baseado em mquina de estados. As comunicaes com o controlador host so feitas via I2C padronizada de 400 kHz, complementadas por um forte sinal de interrupo de sada do MAG3110 para o controlador hospedeiro.cgs Units* 0,482 gauss* 50 gauss 100 gauss 2000 gauss SI Units 48.2 microTesla 5,000 microTesla 10,000 microTesla 200,000 microTesla

(*)Alguns dos valores de campo magntico B foram tirados da Wikipedia. (**) A fora do campo magntico terrestre varia desde 30 T at mais de 60 T em torno dos polos magnticos. Tabela 1.


tecnologiasAs especificaes mais detalhadas esto disponveis para a escolha dos usurios, sob a NDA. Mas, justamente pelo que foi visto acima, voc pode observar que o tamanho minsculo do MAG3110, o seu range de sensoriamento estendido, sua alta resoluo e as opes flexveis de alimentao o transformaram em uma opo ideal para acrescentar sensoriamento magntico em qualquer produto de consumo. A Freescale d suporte ao MAG3110 com placas desenvolvimento dedicado, cdigo de aplicao gravado e application notes detalhados. Ligue o MAG 3110 ao Controlador Inteligente de 3 Eixos da Freescale (P.N. MMA9550L) e acrescente os drivers de software fornecidos pela empresa, que voc ter uma bssola eletrnica muito inteligente e econmica. O MAG3110 j foi amostrado para seleo aos usurios com um preo esperado de venda da ordem de US$ 1,47 a unidade para pedidos de 10 000 peas, a comear no 2 quadrimestre de 2011. Eu pretendo abordar a tecnologia e tpicos de aplicaes do MAG3110 em futuras notcias tcnicas. Enquanto isso, por favor, acesse o Freescale web site para maiores informaes sobre sensores. E

F1. Diagrama de blocos Parameter Dynamic Range Resolution Output data rate Core Supply I/O Supply Package Interface Value +- 10 Gauss 0,1 micro Tesla 2,5 to 80 Hz 1,95 V to 3,6 V 1,62V to VDD 2mm x 2 mm x 0,85 mm 10 pin micro DFN IC Tabela 2.

Maro/Abril 2011 I SABER ELETRNICA 451 I 17

Eletrnica Aplicada

Inversores Vetoriais de FluxoDesde quando Blashke introduziu a tcnica de controle vetorial, no houve parada na evoluo tecnolgica em aplicaes de controle de motores. Mas as dvidas tambm se multiplicaram. Tentaremos aqui, de modo breve, elucidar alguns pontos importantes entre as diversas tcnicas de inversores vetoriais.Alaor Sacomano

Industrial

A

tuar na rea tcnica e em cho de fbrica, sempre nos permite aprender com nossos erros e com os erros dos demais. Quem j no viveu a situao de controlar a velocidade de uma mquina acionada por motor trifsico de induo, aplicando um carssimo e respeitado inversor de frequncia modelo vetorial, parametrizado pelo engenheiro snior da aplicao, sendo que no momento da mquina rodar... Ento corre-se atrs de manuais, verifica-se a alimentao, conexes e cabos, EMI, coloca-se filtros, aumenta-se a lubrificao dos mancais da carga, e... No final das contas, aps muito desespero, aborta-se a aplicao ou instala-se um servo, e quem sabe vamos voltar ao motor DC! O motivo desta pequena introduo no outro seno tentar desmistificar alguns pontos chaves sobre o controle vetorial. A nova batalha no mais entre inversores escalares ou vetoriais, mas sim entre vetoriais e vetoriais, ou melhor dizendo entre vetoriais de tenso e vetoriais de fluxo, suas diferenas e suas reais possibilidades.

Inversores Vetoriais

O controle vetorial (controle por campo orientado) um procedimento que impe ao motor de induo trifsico (portanto de corrente alternada, que sabidamente tem alimentao somente pelo estator da mquina), um desempenho semelhante ao do motor de corrente contnua com alimentao independente entre o campo e armadura, o que resulta em um perfeito e independente controle do fluxo e torque do motor, atravs do controle do escorregamento, cancelando o acoplamento entre os eixos vetoriais D e Q da mquina. Este controle pode ser efetuado por dois mtodos bsicos: o controle vetorial direto e o controle vetorial indireto. O controle vetorial direto realizado tendo-se sempre a localizao dos referenciais de coordenadas do campo. Para tanto, necessita-se conhecer em tempo real a posio do rotor. Neste caso um gerador de pulsos (encoder, resolver ou mesmo um taco) realimentar o sistema com informaes sobre a posio do mesmo, fechando a malha. O controle vetorial indireto realiza a verificao do escorregamento do motor em


Eletrnica Aplicadafuno da corrente real e velocidade desejada, atravs de estimadores. Portanto, no h a necessidade de se conhecer a posio rotrica. Assim tem-se um equipamento de menor custo. No mercado este modelo conhecido como Sensorless.

Vetorial de Tenso vs. Vetorial de Fluxo

F1. Integrao da tenso do estator

F2. Torque eletromagntico.

Os mtodos de controle do campo girante nas mquinas de corrente alternada, so os responsveis absolutos pelo controle de velocidade e torque das mesmas, independentemente das oscilaes de cargas e rede. Contudo, a dinmica destas oscilaes (como elas ocorrem e em que amplitude) e a reao da mquina s mesmas, so comportamentos difceis de se equacionar e portanto de grande dificuldade em controlar. O mtodo mais comum de controle baseado no conhecimento das caractersticas e comportamento do motor, suas indutncias e resistncias. A dificuldade se encontra em que estas estruturas so modificadas com a variao da temperatura, fluxo magntico no entreferro, surtos de tenso da rede, e outros incidentes muito corriqueiros no processo. Assim este mtodo de controle realiza um algoritmo que calcula o vetor de fluxo concatenado estatrico, considerando constantes o valor das perdas rotricas (resistncia do estator sob passagem de corrente). O algoritmo fundamentalmente uma integrao da tenso que alimenta o estator (figura 1: Equao 1). O torque eletromagntico gerado funo do vetor fluxo concatenado, do nmero de plos do motor e da corrente estatrica (figura 2: Equao 2). O modelo que se tem da mquina um modelo em tenso comumente denominado voltage model. A resistncia estatrica, que faz parte da primeira equao, estimada. Assim, tem-se um modelo dinmico aproximado, que diante de rpidas mudanas, pode ter pobre desempenho, principalmente quando as perdas de resistncia estatrica so considerveis. Devemos lembrar que estas perdas so incrementadas com baixa rotao, pois a tenso para se manter o fluxo menor. Conclui-se que o fluxo do estator alterado pela tenso de alimentao durante o movimento do motor. Assim um algoritmo baseado nas equaes 1 e 2, gera uma tabela otimizada que prover o vetor fluxo concatenado

F3. Aplicao do SH-2 (Hitachi).

F4. Inversos Vetorial de fluxo da Delta.

conforme a necessidade de carga e direo. As principais dificuldades na aplicao e desenvolvimento de inversores vetoriais de tenso se do basicamente por: estimao das perdas de chaveamento nos IGBTs ou transistores de potncia; incertezas nos valores de link DC medidos; incertezas de medies da corrente estatrica; aproximaes dos valores de resistncia estatrica. No entanto, os processadores para resolverem estas equaes bsicas, alm das demais (Transformaes 2/3, PI de velocidade, Enfraquecimento de Campo, PI de corrente, entre outras) so menos custosos e no necessariamente dedicados. O controle vetorial de fluxo uma metodologia mais avanada, pois mantm estvel a integrao do fluxo concatenado, mantendo-o centrado, independentemente das variaes de Rs. O modelo da mquina utilizado no algoritmo o modelo de corrente ou current model, sobre os eixos D-Q com parmetros de resistncias e in-

dutncias medidas durante a sintonizao (auto-tune time). A partir destas caractersticas, o inversor pode operar dentro de grandes variaes de carga em qualquer velocidade, da nominal at a regio de campo enfraquecido, controlando o torque. O sistema de controle se torna, na maior parte dos fabricantes, muito similar aos sistemas de DTC (Direct Torque Control) adotados para mquinas sncronas de polos salientes: servos. Nestes casos, contudo, imprescindvel um sinal de realimentao. O modelo de corrente necessita de um algoritmo mais pesado para ser resolvido, o que consequentemente impe maior trabalho de processamento. Microcontroladores/microprocessadores dedicados so largamente utilizados para esta situao. Temos, por exemplo, a aplicao do SH-2, da Hitachi (figura 3), que pode ser encontrado nas mquinas VFD-V: inversores vetoriais de fluxo da DELTA (Metaltex) como na figura 4 e tambm nos drives dos servos MINAS-S da Panasonic. Este microprocessador de alto desempenho caracterizado pela Hitachi como Inverter Microcomputer, um RISC de


Eletrnica Aplicada

Industrial32 bits de dados e otimizado para instrues em C. Segue uma rpida referncia de suas especificaes: Modelo: SH7044 ROM: 256kB RAM: 4kB Alimentao: 5V Desempenho: 37 MIPS TIMER: 7 Conv. A/D: 10bits x 8 canais Interrupes: 43 (internas) + 8 (externas) +NMI Cache: 1k Memria: SDRAM/DRAM. Observa-se ainda que este no o processador mais poderoso da famlia, apesar de poder realizar 37 milhes de operaes por segundo. O topo da lista encabeado pelos SH7145, um modelo RISC de 65 MIPS com interface I2C e o modelo SH7065 de 78 MIPS com EDORAM/SRAM/DRAM.

Inversor Vetorial de Fluxo

Entre os diversos inversores vetoriais de fluxo, podemos ter como exemplo o modelo VFD-V. Temos nas figuras 5 e 6, uma viso da placa de controle e potncia (vistas por cima), destacando alguns detalhes. Contudo no podemos deixar de ressaltar que muitos outros produtos de timo desempenho se encontram no mercado.F5. Placa de controle do Modelo VFD-V.

Os inversores vetoriais de fluxo, dado seu alto desempenho podem atuar em controle de torque, posio e digital follower (mestre-escravo, pulso a pulso). Observe que para tanto necessria a utilizao de um acessrio (uma placa controladora de pulsos), para interconectar as informaes advindas do gerador de pulsos encoder incremental ao inversor. No caso do inversor referido esta placa a PG-4. Na figura 7 esto demonstradas as ligaes da mesma.

Aplicaes

Concluso

F6. Placa de Potncia do Modelo VFD-V.

Neste artigo, mostramos alguns aspectos importantes nas diferenciaes de inversores vetoriais. De um modo geral, os inversores vetoriais de fluxo comerciais so os mais aptos para atuarem em sistemas que normalmente se referenciariam a trabalhos com motores DC, ressaltando aplicaes de controle de torque (bobinadeiras e mquinas de papel) e em sistemas de alto controle de velocidade. E


Eletrnica Aplicada

F7. Ligaes da Placa Controladora de Pulsos PG-04.


Eletrnica Aplicada

E-KartInfineon Brasil e a Revista Saber Eletrnica trouxeram ao mercado nacional um projeto completo de veculo eltrico. A montagem ser publicada em quatro etapas, passo a passo, com as fotos, ferramentas necessrias, os fornecedores e todos os manuais; tudo o que for necessrio para a concluso do kit, montado por voc mesmo!!! Este kit no faz justia ao nome Kart Eltrico, muito mais do que isso, o E-Kart tem hardware e software com tudo o que h de mais avanado em tecnologia, com sistemas eletrnicos IGUAIS (note, no so similares, nem equivalentes!) aos veculos eltricos e ecolgicos mais modernos sendo lanados no mundo, inclusive no Brasil! S para se ter uma ideia da complexidade do sistema de controle e acionamento instalado no E-Kart, este mdulo possui uma estrutura completa para KERS (Kinectic Energy Recovery System), o chamado freio regenerativo e DTC (Dynamic Traction Control) - controle dinmico de trao que reduz a derrapagem na partida, lanados na F1 e disponveis em veculos esportivos.

Embarcada

O Primeiro Kit de Veculo Eltrico do Brasil, completo para voc montar!Automveis hbridos e os movidos somente eletricidade, de alguns fabricantes, utilizam um kit da Infineon, o qual a base deste projeto. Este apenas um kit de uma famlia, da qual, poderemos esperar muitos outros projetos como uma empilhadeira ecolgica,sem barulho e sem poluio, ou uma prtese robtica de membros humanos e quem sabe... uma talha, um brao mecnico,cadeira de rodas,carrinho de golf, etc. Voc projetista, a partir de agora est desafiado a criar estas maravilhas que iro facilitar a vida de muita gente e aumentar o faturamento da sua empresa.

Par te

1

A

Lus Fernando F. Bernabe Consultor de Tecnologia da G&BTec

KERS:

KERS o acrnimo de Kinectic Energy Recovery System, que podemos interpretar como sendo um sistema de recuperao de energia cintica, ou seja, um processo de recuperao de energia gerado nas frenagens que pode ser feito de diversas maneiras. Na Frmula 1, estar em 2011, sendo usado novamente para recuperar a energia que seria desperdiada para quando o carro precisar acelerar. O DTC, controle dinmico de trao, foi recentemente integrado ao sistema de DSC (Dinamic Stabilization Control), Controle Dinmico de Estabilizao que facilita aos motoristas a manuteno de trajetria em curvas, sem perda de controle por falta de aderncia ao solo. O projeto deste Kit foi executado com grande sucesso na Alemanha pela matriz da Infineon, empresa projetista e fabricante do sistema de controle e acionamento dos motores, o mdulo Hybrid Pack 1, a empresa Infineon reconhecida no mundo como uma das maiores fabricantes

de sistemas eletrnicos para automveis (www.infineon.com/cms/en/product/ index.html). Sua atuao com foco nas reas Automotiva, Eficincia Energtica, Mobilidade e Segurana. Mas, a proposta desta parceria brasileira no de montar o E-Kart, se fosse assim o kit poderia ser trazido montado, diretamente da Alemanha e apresentado aos leitores, descrevendo seus dados tcnicos e comerciais. O nosso diferencial est na indicao do chassis de alta resistncia, a empresa que fornecer os motores eltricos, a National Instruments que est viabilizando o sistema de aquisio de dados e a G&BTec que est fazendo a integrao das partes constituintes do E-Kart (chassis, motores, fiao, ECU, baterias, conversor DC-DC, etc.) de acordo com o projeto original alemo; na segunda fase, a G&BTec tambm far a integrao do sistema eletrnico National de aquisio, condicionamento de sinais e transmisso de dados sem fio, de alta resistncia mecnica, a ser instalado no veculo com a funo de servir de plataforma recon-


Eletrnica Aplicadafigurvel de dados do E-Kart para um notebook na pista! Resumindo, o Projeto do E-Kart para a publicao na Revista, alm de ser um kit para ser montado pelos leitores, ter uma segunda parte no inclusa nele, que um sistema completo de telemetria sem fio para a coleta de algumas variveis fsicas. Os dados coletados na previso inicial so: acelerao em trs eixos, velocidade em trs eixos, correntes eltricas do motor, tenso de alimentao, deformao estrutural em quatro pontos, odmetro, etc. A medio das variveis fsicas tem a funo de avaliar as respostas do E Kart diante de um trajeto de ensaio, avaliando grandezas de medio direta (tenso, RPM, corrente e velocidade, por exemplo) e indireta (potncia consumida numa elevao de 15 com velocidade de 40 km/h). A National Instruments do Brasil (http://www.ni.com/) uma empresa com seu portflio de aes voltadas para diversas reas da eletrnica desde o projeto, a simulao, o desenvolvimento e os ensaios; integrando cartes eletrnicos de alta performance, tecnologia na aquisio de dados, controle de motores, racks de alto desempenho e softwares para gerao de relatrios com aplicaes que possam ser desenvolvidas pelos usurios, como por exemplo o LabVIEW, TestStand, DIAdem, Measurement Studio e o Multisim. A National Instruments apoia diretamente uma grande estrutura de instruo que permite o livre acesso de manuais, vdeos de aplicao, tutoriais, exemplos de uso, uma rede de desenvolvimento de novas aplicaes, comunidades dispostas em blogs e newsletters gratuitas, inclusive suportadas diretamente por institutos de pesquisa espalhados em vrios pases. Seus produtos so utilizados em diversas reas da engenharia, desde a automatizao em reas crticas do cho de fbrica at linhas de produo automatizadas; em reas to diversas como petrleo e gs, energia renovvel, automobilstica, mdica, naval, aeronutica e aeroespacial. A Revista Saber Eletrnica, publicao da Editora Saber, tem atribuies importantes como aglutinar as empresas parceiras, estimular o fomento de novos produtos, aplicaes e a divulgao tcnica pedaggica em artigos com o objetivo de divulgar os avanos da tecnologia nas suas diversas reas de aplicao. Possui foco em divulgao, instruo e formao de profissionais ao longo de sua existncia. Nesta ltima dcada, com a profissionalizao dos leitores, o desenvolvimento da tecnologia e da industrializao, a Revista tem ampliado o leque dos seus artigos, com diversos parceiros para a redao de textos nos segmentos: industrial, energia, qumica, mdica; e nos diversos ramos de estudo e aplicaes da eletrnica: como por exemplo: embarcada, instrumentao, energias renovveis, mobilidade, etc. A G&BTec (www.gebtec.com.br); uma empresa de fundao recente, que nasceu com o foco em treinamento e assessoria em retrabalho de componentes SMD, na qual seu responsvel tcnico possui uma significativa experincia nesta atividade. A G&BTec tambm desenvolve projetos e produtos, como por exemplo, em aplicaes mdicas e tratamento automtico de resduos. Ministramos o Curso de Retrabalho em SMD em empresas e instituies de ensino e pesquisa, auxiliamos na migrao de assistncias tcnicas para

BOX 1 A experincia da INFINEON em componentes e mdulos para veculos em geral, os hbridos e os totalmente eltricos, se faz presente em vrios tipos e modelos de veculos de montadoras conceituadas mundialmente, como por exemplo: a Ford, com o Fusion Hybrid, (www.ford.com.br/showroom. asp?veiculo=44), a VolksWagen, com lanamento Golf Eltrico para 2013 e o E-Up!; a Chevrolet, que apresentou o Volt (www.chevrolet.com/volt/ ), os veculos conceito da FIAT, o Fiat 500 e o Doblo, (http://www.wired. com/autopia/2010/01/electricfiat-500-bellissimo/) (http://www. greencarsite.co.uk/GREENCARS/fiat-doble-mirco-vett-van. htm) alm dos veculos 100% eltricos da Nissan, com o Leaf, (www. nissanusa.com/leaf-electric-car/ index#/leaf-electric-car/index ) e a sua parceira a Renault com a Srie Z.E. (Zero Emission) (www.renault. com/en/capeco2/vehicule-electrique/pages/vehicule-electrique. aspx) que tem previso de lanamento para este ano nas concessionrias, alm de outras empresas.

FA. Vista superior do conjunto. Maro/Abril 2011 I SABER ELETRNICA 452 I 23

Eletrnica Aplicada

Embarcadacontrole dos motores de modo configurvel pelo usurio em acordo com o projeto. Fica aqui a sugesto de novos projetos aos leitores da Revista. Voltando ao tema do artigo do E-Kart, temos algumas especificaes fornecidas pela Infineon Alemanha, enquanto o EKart verso Br est em fase de integrao. Seguem abaixo os dados fornecidos: Velocidade mxima de 70 km/h; Potncia mxima aplicada ao motor eltrico 10 kW, com picos de at 20 kW; Torque nominal de 40 Nm, pico de 140 Nm; Tenso do barramento do motor DC de 150 450 volts; Capacidade de trabalho com baterias de alta energia 2,2 kW/h com at 165 volts. Algumas de suas caractersticas de controle dos motores so: Controle Dinmico de Trao para reduo de derrapagens na partida; Intercomunicao com diferentes Unidades de Controle de Motores (ECU) atravs de barramentos CAN e Flexray; Freios regenerativos (KERS, Kinectic Energy Recovery System); Suporte para controle dinmico de trao (DTC, Dynamic Traction Control); Possibilita gerenciamento de energia das baterias Li-on e Li-Polmero para controles dinmicos de veculo. O kit disponibilizado pela Infineon o Hybrid Kit1, mostrado na figura 1, que contm o conjunto de IGBTs de potncia e alta performance projetado especificamente para o controle de motores de veculos eltricos e hbridos, o Hybrid PACK 1. Na figura 2, o diagrama esquemtico do Hybrid Kit1.

F1. O conjunto do Hybrid Kit 1 com o mdulo de IGBTs.

retrabalho em SMD, alm de escrevermos artigos para a Revista Saber Eletrnica, veja: Curso Prtico de Retrabalho em SMD (1, 2 e 3), LabVIEW Aprenda Fazendo (1, 2 e 3; de uma srie em sete partes). A G&BTec foi premiada em 2009, no Congresso Latino Americano de Sustentabilidade Ambiental pelo projeto em desenvolvimento de um sistema de esterilizao de resduos hospitalares sem material de consumo. Para completar, a GeBTec solicitante de quatro pedidos de patentes em outras duas reas distintas de atuao.

BOX 2 Sobre o kit descrito aqui, os nossos leitores podem encontrar maiores informaes nos links abaixo: HybridKit1 (kit completo) http://www.infineon.com/cms/ en/product/promopages/Evaluation_kits_2010/index.html No link AUTOMOTIVE. HybridPACK1 ( Mdulo de IGBT utilizado no kit) (http://www.infineon.com/cms/en/product/channel.html?channel=db3a3043136 fc1dd011370f45ed90441

Depois desta apresentao geral dos integrantes da nossa equipe e, revendo mentalmente um histrico de atuao da Revista, lembro que seu pblico- alvo possui vrios grupos de leitores com experincias diversas em eletrnica, alguns com certeza poderiam ter a seguinte ideia: Se existe um kit eletrnico para ser aplicado em um Kart, haveria um kit que poderia ser aplicado em um rob, por exemplo? A resposta sim. A Infineon possui um conjunto de mdulos de acionamento e kits de controle para aplicaes bastante diversificadas, com caractersticas especficas para pequenas (2 kW) e mdias potncias (8 kW), inclusive para aplicaes em robtica e automao mecnica (www. infineon.com/cms/en/product/channel. html?channel=ff80808112ab681d0112ab 6a65ca04e2) que poderiam ser utilizados em talhas, braos mecnicos, empilhadeiras e at em cadeiras de rodas eltricas e em prteses robticas de membros humanos de alta tecnologia (http://www. inovacaotecnologica.com.br/noticias/ noticia.php?artigo=pe-artificial-reciclaenergia-com-kers). Todos os mdulos podem receber e enviar instrues de um microcontrolador principal e serem comandados por eles para que efetuem o

Caractersticas principais do HybridKit 1

A placa lgica do HybridKit 1 possui um inversor principal completo para veculos hbridos e eltricos em aplicaes de pouco mais de 20 kW. O mdulo de IGBTs qualificado para uso automotivo, com especificaes de at 650 volts / 400


Eletrnica Aplicada

F2. Diagrama esquemtico completo do mdulo Hybrid Kit 1, mostrando a placa lgica direita e o mdulo de IGBTs.

ampres, incluindo os diodos reversos de proteo. O circuito integrado do driver de IGBT tambm qualificado para uso automotivo e foi projetado para aplicaes em topologia de fonte de alimentao sem transformador. A qualificao de aplicaes automotivas uma norma que determina faixas de temperatura de operao, de -40 a +125C, mantendo as suas caractersticas de projeto com pouca ou quase nenhuma variao, resistncia mecnica para suportar vibraes e robustez na fabricao dos componentes para exceder padres de confiabilidade para uso em sistemas que possuem aplicaes desde airbags, ABS at controles de trao e estabilidade. O kit pode ter algoritmos de gerao de vrios canais de sada de PWMs para controles de velocidade do motor, de acordo com cada projeto. Nas figuras 3 e 4, alguns detalhes mecnicos do kit.

F3. Detalhes mecnicos do HybridKit 1, completo.

HybridPACK1

o nome do mdulo de potncia projetado para atender aplicaes de controle de motores eltricos dos Veculos Eltricos e Hbridos (HEV) com uma tenso mxima de 450 volts e uma faixa de potncia til de aproximadamente 20 kW. Projetado

F4. Mais detalhes do HybridKit 1. Maro/Abril 2011 I SABER ELETRNICA 452 I 25

Eletrnica Aplicada

Embarcadapara uma temperatura interna de juno de at 175C, este mdulo contm um conjunto de seis IGBTs de terceira gerao, patenteados pela Infineon com o nome de Trench-Field-Stop. Estes IGBTs tm como proteo diodos capazes de suportar 400 ampres sob 650 volts, podendo operar nestes limites por at 50 mil ciclos, sem danos por curto-circuito. Eles ainda possuem os menores nveis de resistncia de conduo e as menores perdas em componentes similares do mercado. O mdulo de IGBTs HybridPACK1 tem uma rea de dissipao trmica facilmente integrada a um dissipador secundrio refrigerado a ar ou gua. Para facilitar a conexo deste mdulo com a placa lgica de qualquer projeto, a placa dos drivers pode ser soldada na sua parte superior com economia de espao para aplicaes embarcadas de baixo perfil. Todas as conexes de potncia so feitas com terminais de parafusos. Acompanhe, a seguir, as figuras 5 (aspecto do mdulo) e 6 (diagrama esquemtico).

F5. O mdulo de IGBTs de acionamento o HybridPACK1.

F6. Diagrama esquemtico apresentando a parte lgica e de potncia do mdulo HybridPACK1. 26 I SABER ELETRNICA 452 I Maro/Abril 2011

Eletrnica AplicadaArquitetura do microcontrolador TC1767 TriCoretemticas para anlises complexas de sinais; Memrias internas (inclusive Cache) e perifricos na mesma pastilha, com instrues simples de acesso capazes de suportar aplicaes embarcadas em tempo real e utilizadas em controles de sistemas embarcados; Unidade de ponto flutuante em hardware; Arquitetura RISC para mover/recuperar dados de memria de alta velocidade; Interfaces de comunicao serial flexveis, com operao sncrona e assncrona; Barramentos de alta velocidade; Oito bancos independentes de memria (72KB Data RAM, 24 KB Scratchpad RAM, 2 MB Program FLASH, 16KB Boot ROM, 8KB Instruction FLASH, 4KB Data Cashe, etc.); Facilidade de Debug e emulao no prprio chip;

Interconexes flexveis e simplifica Sistema sofisticado de controledas para componentes externos; de interrupes com 2x255 nveis de prioridade definidas em hardware; Baixo consumo mesmo em altas velocidades de clock de CPU (133 MHz), PCP (133 MHz) e em toda a faixa de temperatura de trabalho; Barramento de 64 bits para acesso s memrias internas e CPU; Barramento de 32 bits para acesso a perifricos e unidades funcionais internas; Unidades de perifricos versteis; Uma interface serial Micro Second Bus (MSC) para expanso de componentes de potncia; Um interface de alta velocidade Micro Link (MLI) para comunicao com outro processador; Um mdulo MultCAN com dois ns e 64 endereos livres; 32 Canais de AD, com dois ADs independentes de 12 bits, com @ fADCI = 10 MHz; 88 canais de I/O (GPIO); Interface para JTAG (IEE1149.1) ou Two-Wire DAP (Device Acess Port); Invlucro em LQFP de 176 terminais; Entre outras inovaes para simplificar integrao de software e hardware em sistemas de alta confiabilidade e desempenho, algumas delas mostradas ao lado na figura 7.

O microcontrolador de 32 bits (!!!) modelo TC1767 utilizado neste kit, combina trs poderosas tecnologias em uma pastilha nica, alcanando altos nveis de potncia computacional, velocidade e economia de energia, caractersticas fundamentais e especialmente projetadas para aplicaes embarcadas de alto desempenho. Destaco abaixo algumas caractersticas importantes do microcontrolador: CPU de alto desempenho, de 32 bits, com funes superescalares e quatro nveis de busca e execuo de instrues (pipeline); Arquitetura do processador com Conjunto Reduzido de Instrues (RISC) e facilidade de integrao com linguagem C e C++; Operaes especficas de DSP (Processador Digital de Sinais) e seus modos de endereamento aprimorados para aplicaes ma-

Concluso

Como vimos at agora, temos muitos modos de entender o E-Kart, e ainda faltou muita coisa, tanto que teremos vrios prximos captulos. Vejam as dicas dos links, despendemos um bom tempo procurando boas referncias que fossem confiveis e instrutivas. Desejo que os leitores tenham apreciado algumas das caractersticas tcnicas do E-Kart, sabido um pouco mais sobre os participantes desta empreitada brasileira e que nos acompanhem at o final deste projeto. Um abrao e at a prxima edio, com a parte 2 desta srie.F7. Diagrama de blocos do microcontrolador TC1767 da Infineon.

E


Eletrnica Aplicada

Conectividade

Rudos e Interferncias em instalaes ProfibusEste breve artigo nos mostra pontos importantes em relao s interferncias e rudos que prejudicam a comunicao Profibus e que podem ser teis durante a fase de comissionamento/startup e manuteno de uma rede Profibus Interferncia em cabosO grau de interferncia em cabos vai depender de uma srie de fatores como projeto, construo e caractersticas dos mesmos, e inclusive de sua interao com outros elementos da rede Profibus (conectores, equipamentos, terminais, outros cabos, blindagem, etc.), alm de certos parmetros do sistema e propriedades do ambiente. H uma variedade de fatores que limitam o desempenho de transmisso de sinais digitais associados aos cabos e que devem ser considerados no projeto e utilizao destes, tais como: Atenuao; Rudo que pode ser: rudo diferencial (caracterstico dos circuitos); rudo longitudinal (por interferncia devida a cabos de potncia); rudo de linha

Gerado por uma fonte eletromag Efeito Corona, Rudo de Linha e rudo impulso; diafonia (crosstalk); distores por atraso de propaEm instalaes Profibus, as tenses que ultrapassam as condies normais de operao so conhecidas como surge e aparecem de forma transitria, podendo afetar o comportamento da rede. Vale lembrar que, como toda rede fieldbus, tem-se a troca de dados e o mais importante assegurar a integridade dos dados, garantindo a segurana operacional da planta. Quanto maior o tronco e as derivaes da rede Profibus, maior ser a amplitude Centelhamento ntica

jitter.

gao;

Csar Cassiolato

F1. Vantagem do uso de cabo com par tranado em Profibus na minimizao de rudos. 28 I SABER ELETRNICA 452 I Maro/Abril 2011

de transientes justamente pela exposio diferena de potencial de terra. Dano significante tambm pode ser causado em equipamento conectado por cabos relativamente curtos se os circuitos ou componentes forem particularmente sensveis. Em algumas situaes, dependendo da energia, podem-se ter danos srios nas instalaes e equipamentos. Mostramos na figura 1, o uso de par tranado em instalaes Profibus.

A Interferncia Eletromagntica (EMI)

A convivncia de equipamentos em diversas tecnologias diferentes somada inadequao das instalaes facilita a emisso de energia eletromagntica e com isto podemos ter problemas de compatibilidade eletromagntica. Isto muito comum nas indstrias e fbricas, onde a EMI muito frequente em funo do maior uso de mquinas (mquinas de

soldas, por exemplo), motores (CCMs), redes digitais e de computadores prximas a essas reas. A topologia e a distribuio do cabeamento so fatores que devem ser considerados para a proteo de EMI. Lembrar que em altas frequncias, os cabos se comportam como um sistema de transmisso com linhas cruzadas e confusas, refletindo energia e espalhando-a de um circuito a outro. Mantenha em boas condies as conexes. Conectores inativos por muito tempo podem desenvolver resistncia ou se tornar detectores de RF. Em geral, quanto maior a distncia entre os cabos e quanto menor o comprimento do cabo PROFIBUS que corre paralelamente a outros cabos, menor o risco de interferncia (crosstalk). Da fsica, sabemos que uma corrente eltrica gera um campo magntico. O inverso tambm verdadeiro de acor-

F2a. Induo devido a cabos de potncia.

F2b. Distncias mnimas recomendadas no cabeamento Profibus. Maro/Abril 2011 I SABER ELETRNICA 452 I 29

Eletrnica Aplicada

Conectividadedo com a lei de Faraday, um campo magntico varivel gera uma corrente eltrica que, por sua vez, gera um campo contrrio ao que lhe deu origem. Esse efeito responsvel pela atenuao das interferncias quando utilizadas as canaletas de chapa de alumnio, mas ocorre com menor intensidade quando usadas canaletas de chapa de ao, pois so magnticas. A grande vantagem da canaleta de alumnio que esta tem uma alta imunidade s correntes de Foucault, devido a sua condutividade eltrica. Vejamos a figura 2a onde temos a representao do efeito de induo nos cabos Profibus. Observe a figura 2b, onde se tem as distncias mnimas necessrias entre o cabo Profibus e cabos de outra natureza que podem gerar a induo. Acompanhe nas figuras 3 e 4 a interferncia entre cabos, induzindo transientes de tenso e corrente. A figura 5 mostra a composio na prtica de um sinal que sofre influncias do prprio circuito, de distores, rudos impulsos, atenuaes no meio fsico, interferncias e mudanas de fase (rudo de fase = jitter), etc. Bits errados podem surgir em sistemas de comunicaes digitais como resultado de vrios efeitos prticos distintos. Por exemplo, ao utilizarmos acessrios e interfaces na rede Profibus (conectores, gateways, links, repetidores, alguns derivadores, etc.) estamos muitas vezes contribuindo tambm para a distoro do sinal transmitido. Esta distoro pode aparecer de vrias formas diferentes como em atenuao, disperso, incremento de jitter e variaes DC. Podemos citar como possveis fontes de jitter em sistemas de digitais: a interferncia por diafonia (crosstalk), o rudo nos meios de transmisso; o rudo trmico; a imperfeio em circuitos de recuperao de relgio; a imperfeio nos processos de modulao; a distoro de sinal; o jitter intrnseco nos elementos de sincronizao e circuitos de clock. Preste ateno na figura 6. Os sinais digitais so amostrados no ponto mdio dos bits. Se neste instante se tem uma pequena variao em torno do ponto mdio do bit-slot, que o instante ideal da amostragem, fazendo com que

F3. Interferncia entre cabos: o acoplamento capacitivo entre cabos induz transiente (pickups eletrostticos) de tenso.

F4. Interferncia entre cabos: campos magnticos atravs do acoplamento indutivo entre cabos induzem transientes (pickups eletromagnticos) de corrente. 30 I SABER ELETRNICA 452 I Maro/Abril 2011

haja uma flutuao do sinal em diversos perodos de bits, ocorre o jiiter. Se este for longo o suficiente, poder induzir a uma interpretao incorreta dos bits, afetando assim o processo de recuperao de dados. muito importante a relao sinal/ rudo na prtica. Com longas distncias esta relao pode ser diminuda, e a se passa a ter o comprometimento com a integridade do sinal. Podemos citar dois tipos de rudos: o modo - diferencial e o de modo - comum. Rudo de modo - diferencial entra no sinal como uma tenso diferencial e no pode ser distinguido pelo transdutor, onde a interferncia acontece entre as linhas de sinal. Quando se tem o rudo em relao ao terra, o que chamamos de modo - comum. Os sinais de radiofrequncia so fontes comuns de rudo de modo - comum. O rudo em modo-comum o maior problema em cabos devido a impedncia comum entre o sinal e seu retorno. Os efeitos de rudos podem ser minimizados com tcnicas adequadas de projeto, instalao, distribuio de cabos,

F5. Interferncia em sinais: uma composio de rudos, atenuao, distoro, interferncia e jitter.


Eletrnica Aplicadaaterramento e blindagens. Aterramentos inadequados podem ser fontes de potenciais indesejados e perigosos e que venham a comprometer a operao efetiva de um equipamento ou o prprio funcionamento de um sistema. Veja a figura 7. discrepncia ou dvida, os padres IEC 61158 e IEC 61784, perfis, guias tcnicos e manuais de fabricantes prevalecem. Sem-

Conectividadepre que possvel, consulte a EN50170 para as regulamentaes fsicas, assim como as prticas de segurana de cada rea. E

Referncias Manuais Smar Profibus Aterramento, Blindagem, Rudos e dicas de instalao - Csar Cassiolato EMI Interferncia Eletromagntica - Csar Cassiolato www.smar.com.br Material de Treinamento e artigos tcnicos Profibus - Csar Cassiolato Especificaes tcnicas e Guias de Instalaes Profibus. http://www.smar.com/brasil2/artigostecnicos/ Revista Mecatrnica Atual Edio 46, Minimizando Rudos em Instalaes PROFIBUS, Csar Cassiolato, 2010. Revista Mecatrnica Atual Edio 47, Raio de Curvatura Mnima e Instalaes PROFIBUS, Csar Cassiolato, 2010.

Concluso

Vimos neste artigo a influncia de interferncias e rudos nos sinais Profibus. Vale lembrar que uma instalao adequada e dentro dos padres a base para o sucesso de um projeto com tecnologia digital. Como o Profibus e o AS-i so tecnologias consolidadas em milhares de aplicaes em todo o mundo, essencial que os projetos de sistemas de automao que utilizam estas tecnologias possam contar com profissionais altamente capacitados e reconhecidos para garantir o sucesso do empreendimento. Assim, a Smar possui a maior equipe do Brasil capacitada para anlise de redes digitais de automao, configurao, comissionamento, startup e instalaes. So milhares de pontos Profibus e AS-i certificados e verificados pela Smar em vrias aplicaes e nos mais diversos segmentos industriais, garantindo, alm da conformidade com os padres, vantagens como: aumento do desempenho e confiabilidade da rede; reduo no tempo de comissionamento, startups e paradas; atuao preventiva e preditiva nas possveis falhas em instalaes e sinais de comunicao; aumento da segurana operacional com as melhorias sugeridas; elevao da performance operacional e reduo dos custos globais de operao e manuteno, entre outros. Com a Smar, o cliente tem acesso a relatrios detalhados das informaes e anlises tcnicas, mostrando os pontos em desacordo com os padres, as correes necessrias e as sugestes de melhorias. Para informaes sobre certificao de redes Profibus e AS-i, consulte: http://www.smar.com/brasil2/especialistas_profibus.asp Este artigo no substitui os padres IEC 61158 e IEC 61784 e nem os perfis e guias tcnicos do PROFIBUS. Em caso de

F6. Frequncia e amplitude do jitter.

F7.Modelo de interferncia com rudo diferencial (caracterstico dos circuitos) e longitudinal (por interferncia devida a cabos de potncia).


Eletrnica Aplicada

Conectividade

Automao e Monitoramento

Residencial WirelessUma abordagem de domtica utilizando rede Mesh/Zigbee e SMS. A proposta deste artigo o desenvolvimento de um sistema de automao e monitoramento residencial, por meio de redes sem fio com Protocolo ZigBee IEEE 802.15.4 e rede Mesh, com acesso remoto por Short Mes sage Service SMS, englobando o uso racional de energia eltrica, como o desligamento automtico de lmpadas; identificao de tentativa de furto na residncia sensor de presena, de quebra de vidro, deteco de vazamento de gs e de incndio; dispositivos de conforto tais como ligar TV, rdio, condicionador de ar, atender liga o telefnica, porto eltrico, ligar/desligar a lmpada mais prxima do usurio sem a neces sidade de interruptor especfico, entre outras operaes.

D

Lucas de Oliveira e Silva Pinto Rodrigo DAngelo Mathiastransmitidas pelos sensores (ex.: detectar que uma janela est aberta e avisar o usurio, ou que a temperatura est diminuindo e ligar o sistema de aquecimento). Atualmente, a grande maioria das redes de sensores utiliza fios para as conexes e comunicaes de dados. O custo de instalao de uma rede de sensores usando fios de cobre juntamente com a infraestrutura de manuteno, tornou-se extremamente elevado, inviabilizando muitos projetos. Por meio de sensores, atuadores e comandos por SMS desenvolvido um sistema de automao, monitoramento e eficincia energtica reduo do consumo de energia eltrica com comunicao via Radiofrequncia (RF) entre os pontos utilizando ZigBee / rede Mesh. A comunicao usando topologia Mesh estabelece uma rede complexa e colaborativa, em que elementos da rede servem de repetidores para que dispositivos que possuam dificuldades em estabelecer comunicao devido distncia possam trocar informao entre si e com a Central. A rede pode crescer de maneira virtualmente indefinida, de modo que um ponto faz ponte para outro. No caso de um ponto repetidor cessar o funcionamento, outro ponto que possa realizar a mesma funo, passa a faz-lo automaticamente de forma a restabelecer laos da rede Mesh. Utilizando um Modem, possvel controlar o sistema, enviando comandos por SMS para atuar em algum ponto da rede, ou receber alguma informao de funcionamento desta. O Modem possui uma pilha interna, a qual funciona com comandos ATs, sendo possvel, desta forma, que todos os comandos sejam

omtica o controle automatizado de uma residncia permitindo a gesto de todos os recursos habitacionais, rentabilizando o sistema, simplificando a vida das pessoas, satisfazendo as suas necessidades de comunicao, de conforto e segurana. Com a domtica pretende-se controlar a iluminao, condies climticas, a segurana e a interligao entre os trs elementos no contexto domstico. Apesar de ainda ser pouco conhecida e divulgada, pelo conforto e comodidade que pode proporcionar, a domtica promete ter muitos adeptos dentro de alguns anos, permitindo o uso de dispositivos para automatizar as rotinas e tarefas de uma casa. Normalmente so feitos controles de temperatura ambiente, iluminao e som, distinguindo-se dos controles normais por ter uma central que comanda tudo, e que s vezes acoplada a um computador e / ou internet. A domtica utiliza vrios elementos de forma sistmica, aliando as vantagens dos meios eletrnicos aos informatizados, de forma a obter uma utilizao e uma gesto integrada dos diversos equipamentos de uma habitao. A domtica vem tornar a vida mais confortvel, mais segura e at mesmo mais divertida. O manuseio do sistema poder ser feito de acordo com as prprias necessidades do usurio, podendo optar por um controle automtico quando for preciso. Nos sistemas passivos o elemento reage somente quando transmitida uma ordem, dada diretamente pelo utilizador (e.g.: interruptor) ou por um comando de modo remoto. O sistema, alm de interpretar parmetros, reage s informaes


enviados formando o pacote de dados, ou retornando uma mensagem de erro. Com o pacote formado corretamente, possvel realizar o controle de modo a acionar ou desligar algum ponto da rede (ligar lmpada, por exemplo), ou receber informao do estado de algum ponto da rede (como exemplo: sensor de presena ativo).

Sustentabilidade

Tendo como foco a relevncia no que diz respeito ao uso racional e economia de energia eltrica, pois a rede possui sensores de presena que detectam pessoas nos ambientes, enviando comandos para o desligamento das lmpadas que esto acesas desnecessariamente nos cmodos, caso estes estejam vazios por um perodo pr-estabelecido. Alguns mdulos ZigBee so alimentados por pilhas comuns que possuem autonomia de alguns meses, alm da alimentao proveniente de painis de energia solar, sem a necessidade de utilizao de pilhas ou baterias.

Desenvolvimento

Numa rede utilizando Protocolo ZigBee IEEE 802.15.4 Institute of Electrical and Electronics Engineers podem existir trs tipos de dispositivos: Terminal / ZigBee End Device, Roteador / ZigBee Router, e Coordenador / ZigBee Coordinator. O componente bsico o ZigBee End Device, que tem a habilidade de se comunicar com outros ns da rede e interfacear a comunicao dela com os terminais (sensores e atuadores). O seguinte na hierarquia o ZigBee Router que age como um dispositivo terminal que tem tambm a capacidade de funcionar como um roteador intermedirio de retransmisso de sinais para outros ns. No topo da rede est o ZigBee Coordinator, que atua para controlar a rede residencial (Home Area Network), alm de realizar a ponte para outras redes. Em redes residenciais h apenas um ZigBee Coordinator, sendo que esse armazena as informaes de segurana e endereos de todos os outros dispositivos da rede. Normalmente o coordenador configurado para atuar como gateway para outras redes de comunicao, incluindo sistemas de PLC ou wireless, at redes

de celulares ou a Internet. Neste projeto, o Coordenador conectado ao Modem (figura 1), que fica responsvel pelo envio e recebimento de Short Message Service (SMS), mensagens que incluem os comandos para a atuao das interfaces residenciais (ligar/desligar lmpada, atuar ar condicionado, entre outros), ou que incluem informaes sobre a situao atual do sistema (se houve a atuao de algum sensor, se ocorreu falta de energia eltrica). O ZigBee utiliza a norma de protocolos wireless para Personal Area Networks, que garante uma taxa de transmisso de dados de at 250 kbps (figura 2). Difere do Wi-Fi e Bluetooth na capacidade de configurar redes Mesh, sendo destinado implementao com distncias mais curtas e custos menores por dispositivo. A potncia de sada muito baixa, tipicamente na faixa de miliwatt, significando alcance mximo de aproximadamente 75 metros em reas abertas, ou com sistema de amplificao de sinal para at cerca de 300 metros. A maior parte dos equipamentos funciona na banda de 2,4 GHz. Outras especificaes importantes, bem como a comparao com Bluetooth so apresentadas na tabela 1.

O ZigBee mais do que uma implementao de hardware da norma 802.15.4. Enquanto a norma IEEE define as camadas fsicas e de controle de meios de acesso para as comunicaes, o ZigBee vai alm e define uma srie de protocolos de software de nvel mais alto que permitem interface aplicaes especficas. A figura 3 mostra a relao entre a norma IEEE 802.15.4 e as adies realizadas pela ZigBee Alliance. As especificaes do ZigBee possuem apoio robusto malha de rede, podendo esta conter centenas de ns e pontos. Essa

F1. Elementos da Rede.

F2. Comparao entre ZigBee e outras Redes de Comunicaes. ZigBee IEE 802.15.4 250kbps 30mA 3uA 64000 70 ~ 300m 30ms 15ms Bluetooth IEEE 802.15.1 750kbps 40mA 200uA 7 10m T1. Compa3s rao entre 3s ZigBee e Bluetooth Maro/Abril 2011 I SABER ELETRNICA 452 I 35

Padro (MAC + PHY) Taxa de Transferncia Corrente de Transmisso Corrente em Stand-by Dispositivos conectados rede Alcance Tempo de acesso a rede Tempo de transio dos dispositivos para o estado ativo

Eletrnica Aplicada

Conectividaderede permite que as mensagens utilizem rotas diferentes para chegar a partir de um n a outro, ou seja, de modo confivel a rede no depende de um determinado n para cada funo. E, a comunicao sem fio pode ocorrer de vrias formas, como ponto a multiponto, em que um ponto tem que acessar vrios outros pontos. A topologia bsica a Estrela, cujo Terminal e Roteador comunicam-se diretamente com o Coordenador apenas (Figura 4, Verde - Terminal e Amarelo - Roteador). A topologia seguinte em evoluo a Conjunto de rvores, onde os pontos (Terminal e Roteador) conectam-se formando alguns ramos, que por fim conectam-se ao Coordenador, conforme ilustra a figura 5. A rede de comunicao mais eficiente entre as apresentadas a rede Mesh, cuja comunicao alterada dinamicamente de um Roteador para outro. Caso algum ponto apresente falha ou bloqueio na trajetria do sinal, a rota de comunicao alterada automaticamente e todos os Roteadores conseguem conectar-se com qualquer outro n e consequentemente com o Coordenador, mantendo a rede sempre em funcionamento, at mesmo se algum ponto parar de funcionar ou algo atrapalhe o meio de comunicao (Figura 6). O kit de desenvolvimento utilizado o Z-Accel 2,4 GHz ZigBee Processor eZ430-RF2480, sendo que cada mdulo composto por dois microcontroladores: um MSP430F2274 e um CC2480 que contm a pilha ZigBee, com comunicao SPI / UART (Serial Peripheral Interface / Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, Interface Perifrica Serial / Recepo-Transmisso Assncrona Universal)

F3. Pilha IEEE 802.15.4.

F4. Rede Estrela (ou Star).

F5. Conjunto de rvores (ou Cluster Tree).

F6. Rede Mesh. 36 I SABER ELETRNICA 452 I Maro/Abril 2011

F7. Comunicao SPI/UART.

Eletrnica Aplicadaentre eles (Figura 7), formando assim uma arquitetura Dual Core. O CC2480 possui suporte para Simple API (Simple Application Programming Interface, Interface de Programao de Aplicao Simples), que possui apenas 10 chamadas API, simplificando o desenvolvimento de aplicaes com ZigBee, principalmente no que diz respeito rede Mesh, que estabelecida automaticamente. As camadas de aplicao podem ser vistas na figura 8. Os dispositivos ZigBee possuem dois tipos de endereos. Um endereo IEEE de 64 bits (tambm chamado de endereo MAC ou endereo extenso) e um endereo dinmico de rede de 16 bits (tambm conhecido como endereo lgico ou endereo curto). O endereo de 64 bits um endereo exclusivo em nvel mundial, atribudo e mantido pelo IEEE. Cada dispositivo pr-programado com o seu prprio endereo segundo esse padro. Quando o dispositivo se conecta a uma rede ZigBee, um endereo dinmico de 16 bits atribudo automaticamente, esse endereo destinado e utilizado enquanto o mdulo est ligado rede. S exclusivo dentro dessa rede, e utilizado para identificar os dispositivos e o envio de dados dentro dela. Cada mdulo eZ430-RF2480 possui tambm um LDR (Light Dependent Resistor, Resistor Dependente de Luz), dois LEDs (um verde e um vermelho), um Push-Button, alm dos pinos de acesso utilizados para a conexo com os sensores e/ou atuadores (Figura 9). A primeira aplicao e a mais simples deste mdulo a utilizao para a deteco do estado (aberto / fechado) de portas e janelas de modo a detectar, caso o alarme esteja no modo ativo, se houve a abertura destas como consequncia de invaso, por exemplo. O sensoriamento realizado com reed-switch, que conectado a um terminal / pino especfico do mdulo, ativando a rotina de interrupo caso detecte abertura, fazendo com que o ZigBee saia do estado de baixo consumo (Low Power), enviando o estado atual para o ZigBee Coordenador atravs da rede Mesh. Com o sistema de alarme ativo (monitorando), o ZigBee Coordenador por sua vez atua nos meios de alerta (sirene e envio de SMS). A alimentao desses sensores realizada por meio de pilhas alcalinas comuns que, devido ao baixo consumo, possuem autonomia de durao de alguns meses. Uma forma de alimentao utilizada a proveniente de painel de energia solar (figura 10), que fornece energia suficiente para alimentar o mdulo ZigBee inclusive no perodo noturno quando h ausncia de claridade, devido energia armazenada em duas microbaterias recarregveis de 3,8V por 50 Ah. Esse tipo de alimentao, sem a necessidade de pilhas ou baterias, utilizado principalmente quando o sensor de difcil acesso, devido a algum impedimento como, por exemplo, altura. Este circuito composto por uma clula fotovoltica, que capta a radiao luminosa convertendo-a em energia eltrica. Um conversor Boost eleva o valor

F8. Camadas de aplicao.

F9. eZ430-RF2480 Target Board.

F10. Target Board da Clula Solar de Energia.


Eletrnica Aplicadada tenso de entrada de 1,0 volt para 4,0 volts e um controlador de carga monitora o armazenamento de energia nas duas baterias recarregveis, como apresenta o diagrama de blocos (figura 11). Outro tipo de monitoramento realizado com o sensor de presena por infravermelho, que detecta a existncia de pessoas no ambiente quando o alarme est ativo. A alimentao deste sensor proveniente de uma fonte com divisor de tenso atravs de um capacitor e de um resistor, que torna o circuito compacto e com custo reduzido, quando comparado a uma fonte com transformador (normal ou do tipo chaveada). Este tipo de fonte de alimentao conhecido como fonte capacitiva. Para que o ZigBee e o sensor de presena sejam alimentados ininterruptamente utilizado um circuito Fuel Gauge, que realiza o controle de carga de baterias de Lithium-on e o chaveamento destas em caso de falta de energia eltrica na residncia. Com a utilizao de um sistema de acionamento, possvel ligar ou desligar qualquer tipo de carga (e.g.: lmpada, televiso, rdio, condicionador de ar, atender ligao telefnica, abrir porto eltrico) atravs da utilizao de rel em conjunto com um mdulo ZigBee e uma fonte capacitiva. Com este conjunto possvel acionar qualquer sistema de iluminao a partir de inmeros interruptores, sem a necessidade de cabeamento dedicado para uma lmpada especfica. Isto proporciona uma reduo significativa de cabos eltricos dentro de condutes, pois um mdulo aceita a conexo de diversos interruptores, cada um com uma ao dedicada. Utilizando este sistema, a vida til dos interruptores prolongada, pois estes trabalham com tenses e correntes reduzidas, por serem conectados a mdulos ZigBee que operam normalmente com 3,3 volts. possvel inclusive realizar o acionamento de qualquer lmpada por SMS, ou seja, de modo remoto. Os interruptores so conectados diretamente aos pinos disponveis no mdulo ZigBee, apresentando funcionamento e arquitetura semelhante aos sensores com reed-switch permanece em baixo consumo at que entre na rotina de interrupo. Por esse motivo, pode ser alimentado por pilhas comuns e ser instalado de forma habitual em caixas de embutir na residncia. Alm de desempenhar a funo principal de acionar qualquer lmpada, os interruptores funcionam como boto de pnico. Mantendo qualquer interruptor pressionado por cerca de dez segundos o sistema acionado no modo de pnico, apresentando transparncia para a residncia, porm realizando o envio de SMS com esse aviso para o nmero de destino cadastrado. Dois tipos de sensores, utilizados principalmente na cozinha, so os de deteco de vazamento de gs e de presena de fumaa. O sensor de vazamento de gs, que detecta gs de cozinha Propano / Butano, instalado prximo ao cho e ao fogo, devido a este tipo de gs ser mais denso que o ar. Este sensor possui um mdulo ZigBee e uma fonte capacitiva incorporados. Caso o sensor detecte anomalia, ele envia uma informao de modo a atuar o fechamento da vlvula de gs, por exemplo. O sensor de fumaa instalado no teto, prximo ao fogo tambm, de modo a detectar princpio de incndio. Se este sensor ativar, ele enviar um comando de modo a atuar o fechamento da vlvula de gs, com o acionamento da sirene e o envio de SMS. Dentro do segmento de sensores destaca-se tambm o sensor de quebra de vidro, que consiste num microfone

Conectividadeque detecta a frequncia emitida quando um vidro quebrado. Este tipo de sensor instalado normalmente no centro do cmodo de modo a cobrir todas as janelas existentes nele. Sua alimentao fornecida tambm por uma fonte capacitiva e possui um mdulo ZigBee acoplado. Devido necessidade de uma fonte mais robusta para alimentar o carregador de bateria e a sirene, utilizou-se uma fonte de alimentao com transformador. Esse fornece maior potncia ao sistema quando comparado a fonte capacitiva. Este circuito possui controle de chaveamento da bateria em caso de falta de energia eltrica. Com o sistema no modo ativo, a sirene acionada sempre que houver tentativa de invaso na residncia, de forma a coibir a ao e avisar os moradores vizinhos sobre o ocorrido, pois esse circuito instalado na parte externa da residncia. Os mdulos ZigBee so utilizados tambm para automatizar algumas atividades ou tarefas dentro da residncia. Dentre elas pode-se destacar o controle remoto universal. Por meio dele possvel atender chamadas telefnicas no modo viva voz do telefone sem que o usurio se levante do sof. Ligar / desligar o rdio, a televiso, o condicionar de ar, abrir ou fechar persianas, alm de acionar alguma lmpada de algum cmodo independente da sua localizao dentro da residncia, so exemplos de aplicao.

F11. Diagrama dos componentes da Target Board da Clula Solar de Energia.


O sistema possui dois estados de segurana que podem ser acionados pelo controle remoto. No primeiro modo de operao Alarme todos os sensores so monitorados; no segundo modo Dormir apenas os sensores das portas e janelas so monitorados, permitindo a livre circulao dentro da residncia. possvel ativar qualquer um desses modos de operao via SMS. Com o controle remoto ou comando via SMS possvel permitir o acesso residncia, abrindo porta com tranca eltrica ou o acionamento do motor de porto para a entrada / sada de veculos. O circuito da central instalado em algum cmodo da habitao de difcil acesso, protegido contra a interveno de tentativa de desligamento. Esse circuito, composto pelo ZigBee Coordenador e o Data Modem, possui fonte de alimentao com arquitetura similar existente junto sirene capaz de alimentar todo o sistema e carregar uma bateria de Chumbo de 12V / 7,2Ah. Essa fonte de alimentao auxiliar utilizada para suprir o consumo

dos circuitos em caso de falta de energia eltrica. A central possui um circuito que monitora corte de linha telefnica e falta de energia eltrica na rede, sendo que na ocorrncia de ambos os casos enviado SMS de modo a alertar o proprietrio sobre possvel tentativa de invaso. O corte de energia eltrica e de linha telefnica comumente realizado antes da tentativa de invaso, principalmente em casas de veraneio. As centrais mais antigas utilizavam discadora por linha telefnica, discando para algum nmero pr-programado, porm, como mencionado, este projeto usa Data Modem, que opera pela rede de telefonia celular. O modem utilizado para a comunicao na rede GSM atravs de SMS o G24 da Motorola (Figuras 12 e 13). Ele possui entrada para SIM Card, entrada para antena, conexo serial RS-232 e USB, ambas utilizadas para programao e operao. A comunicao atravs de RS-232 usada para a comunicao do Modem com o mdulo ZigBee, por meio de um circuito

dedicado utilizando MAX3232. Esse circuito integrado empregado para elevar o nvel de tenso, pois nos pinos de TX / RX do ZigBee o sinal de 3,3 volts e, para utilizar-se do padro RS-232, necessrio nveis de tenso acima de 10 volts. O firmware embarcado no microcontrolador da Te

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