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2012 Maio/Junho I SABER ELETRÔNICA 461 I 5

editorial

Editora Saber Ltda.DiretorHélio Fittipaldi

Associada da:

Associação Nacional das Editorasde Publicações Técnicas, Dirigidase Especializadas

Atendimento ao Leitor: [email protected]

Os artigos assinados são de exclusiva responsabilidade de seus autores. É vedada a reprodução total ou parcial dos textose ilustrações desta Revista, bem como a industrialização e/ou comercialização dos aparelhos ou idéias oriundas dos textosmencionados, sob pena de sanções legais. As consultas técnicas referentes aos artigos da Revista deverão ser feitas exclu-sivamente por cartas, ou e-mail (A/C do Departamento Técnico). São tomados todos os cuidados razoáveis na preparação doconteúdo desta Revista, mas não assumimos a responsabilidade legal por eventuais erros, principalmente nas montagens, poistratam-se de projetos experimentais. Tampouco assumimos a responsabilidade por danos resultantes de imperícia do montador.Caso haja enganos em texto ou desenho, será publicada errata na primeira oportunidade. Preços e dados publicados emanúncios são por nós aceitos de boa fé, como corretos na data do fechamento da edição. Não assumimos a responsabilidadepor alterações nos preços e na disponibilidade dos produtos ocorridas após o fechamento.

Editor e Diretor ResponsávelHélio FittipaldiConselho EditorialJoão Antonio Zu oRedaçãoAugusto HeissRevisão TécnicaEutíquio LopezDesignersCarlos C. Tartaglioni,Diego M. GomesPublicidadeCaroline Ferreira,Nikole BarrosColaboradoresAlexandre Capelli,Bruno Venâncio,César Cassiolato,Dante J. S. Conti,Edriano C. de Araújo,Eutíquio Lopez,Tsunehiro Yamabe

www.sabereletronica.com.br

Saber Eletrônica é uma publicação bimestralda Editora Saber Ltda, ISSN 0101-6717. Redação,administração, publicidade e correspondência:Rua Jacinto José de Araújo, 315, Tatuapé, CEP03087-020, São Paulo, SP, tel./fax (11) 2095-5333.

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Arquivo Editora SaberImpressãoParma Gráfca e EditoraDistribuiçãoBrasil: DINAPPortugal: Logista Portugal tel.: 121-9267 800

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one: (11) 2095-5335 / ax: (11) 2098-3366atendimento das 8:30 às 17:30hEdições anteriores (mediante disponibilidade deestoque), solicite pelo site ou pelo tel. 2095-5330, aopreço da última edição em banca.

twitter.com/editora_saber

Submissões de ArtigosArtigos de nossos leitores, parceiros e especialistas do setor serão bem-vindos em nossa revista. Vamos analisar cadaapresentação e determinar a sua aptidão para a publicação na Revista Saber Eletrônica. Iremos trabalhar com afinco emcada etapa do processo de submissão para assegurar um fluxo de trabalho flexível e a melhor apresentação dos artigosaceitos em versão impressa e online.

Digital Freemium Edition

Nesta edição comemoramos o antástico númerode 258.395 downloads da edição 460 digital emPDF que tivemos nos primeiros 50 dias de circu-lação. Assim, esperamos atingir meio milhão emseis meses. Na ase de teste, no ano passado, coma Edição Digital Gratuita que chamamos de “DigitalFreemium (Free + Premium) Edition”, já atingimoseste marco e até ultrapassamos.

Fica aqui nosso agradecimento a todos os queseguiram nosso apelo, para somente azeremdownload das nossas edições através do link do Portal Saber Eletrônica,pois precisamos comprovar ao meio anunciante estes números e, assim,obtermos patrocínio para manter a edição digital gratuita .

Aproveitamos também para avisar aos nossos leitores de Portugal,cerca de 6.000 pessoas, que in elizmente os custos para enviarmos asrevistas impressas em papel têm sido altos e, por solicitação do nossodistribuidor, não enviaremos mais os exemplares impressos em papelpara distribuição no mercado português e ex-colônias na Á rica.

Em junho teremos a edição especial deste semestre e o assunto prin-cipal é a eletrônica embutida (embedded electronic), ou como dizem osespanhóis e portugueses: electrónica embebida. Como marco teremostambém no Centro de Exposições Transamérica em São Paulo, a 2ª ediçãoda ESC Brazil 2012 e a 1ª MD&M, o maior evento de tecnologia para omercado de design eletrônico que, neste ano, estará sendo promovidopela UBM junto com o primeiro evento para o setor médico/odontoló-gico (a MD&M Brazil).

Esta última aproveita o momento de um mercado de produtos médicos

e odontológicos crescente, pois, além de abricar 90% de seus própriosdispositivos médicos, o Brasil se tornou agora um exportador em destaque.A Saber Eletrônica é a mídia o icial da ESC Brazil e estará apresentan-

do o protótipo do primeiro e-kart, projeto publicado no ano passado apartir da edição n°452, onde mostramos a solução da In ineon para umveículo elétrico movido a bateria e que possui controle eletrônico detração e KERS, como os carros que já estão rodando em muitos paísese também na Fórmula 1.

Não deixem de visitar nosso estande, lá estaremos distribuindo exem-plares gratuitos da atual edição de Saber Eletrônica.

Hélio Fittipaldi

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6 I SABER ELETRÔNICA 460 I Março/Abril 2012

índice

42

14

Editorial

Acontece

0507

ESC .... . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 03Tektronix ......................................................... 04

Honeywell ......................................................... 09Metaltex .............................................................. 13

JTAG ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 23

Globtek ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31MDM .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Keystone ........................................................... 37Blucolor .............................................................. 39Tato ...................................................................... 45

Patola ................................................................ 45Nova Saber ............................................................ 59

ESC ........................................................................... 2ª capaNational .................................................................. 3ª capaCika ........................................................................... 4ª capa

Índice de anunciantes

Eletrônica Aplicada - Industrial14 Transdutores na Manutenção Preditiva

24 Redes Industriais - Parte 1

Eletrônica Aplicada - Telecomunicações34 Tipos de Antenas e suas Propriedades – Parte 1

38 Correção de Erro no Modem MU-2-R de 434 MHz, daCircuit Design, Inc.

Tecnologias42 Nova Plataforma de Microcontroladores “Wolverine”

Microcontroladores46 Os Microcontroladores Kinetis, da Freescale – Parte 2

Eletrônica Aplicada - Energia52 Comparativo entre os Motores Elétricos CA e CC

Circuitos Práticos60 Monte um Localizador e Bloqueador Veicular via

SMS

34

07 Scanner a laser R2000, da PEPPERL+FUCHS

07 O Módulo de Segurança G10, da PEPPERL+FUCHS

08 ESC Brazil: Embedded Systems Conference 2012

10 Módulo GPS, da CIKA

10 Módulos Wireless ubíquos, da Telit

11 Os novos DSPs, da Texas Instruments12 Ferramentas para os novos MCUs da Renesas

Electronics

12 Medidores para o controle de energia elétrica,da Rockwell Automation

13 Power Sinus II oferece energia segura

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acontece


Com base na tecnologia PRT desenvolvidapelo Pepperl+Fuchs, foi produzido umnovo scanner a laser. A ótica de medição

do R2000 baseia-se na tecnologia de espe-lhagem, em oposição à habitual tecnologiade lentes. O módulo de medição não éfixo, mas roda em torno do seu próprioeixo. Isto significa que o mecanismo deespelhagem convencional para a deflexãode feixe pode ser dispensado. O resultadoé um aumento significativo do espaçodisponível, assim como a formação depontos luminosos idênticos em todo oângulo de medição. A geometria de pon-tos luminosos é pensada de forma que o

diâmetro não exceda alguns milímetros,mesmo no caso de longas distâncias. Estacaracterística é particularmente impor-tante para a detecção da posição exatade sistemas de transporte sem condutor.

Um laser vermelho visível simplifica a colo-cação em funcionamento porque o usuá-rio vê imediatamente para onde o sensor

está apontando e pode simplesmentealinhar o dispositivo em conformidade.Laser de classe 1 significa que o disposi-

tivo pode ser usado em toda a escalade trabalho sem constituir risco para asaúde pessoal.

O ponto luminoso tem um diâmetro in-ferior a 20 mm numa escala de mediçãode até 10 m. Esta característica é particu-larmente importante para a detecção depequenos objetos. Consequentemente, adetecção precisa de posições e perfis de

margem não constitui qualquer problema.O ângulo de medição de 360°, a elevadavelocidade de amostras até 250 000medições individuais por segundo, assimcomo a frequência de digitalização de

até 50 Hz significam que o dispositivoé particularmente adequado para apli-cações em alta velocidade. É usada uma

interface Ethernet para a emissão destegrande volume de dados. A comutaçãode saídas está disponível para informa-ção exclusivamente binária.

Um outro ponto forte é odisplay grande,que se encontra integrado na superfíciede saída de luz. Isto permite que o dis-positivo seja colocado em funcionamen-to de forma simples e sem quaisquercomponentes adicionais. Tudo o que énecessário para o alinhamento básico econfiguração de rede são os dois botões

no dispositivo. Além disso, podem sercriadas mensagens de estado e podeser exibida informação específica deaplicações, como distâncias, perfis demedições etc.

PRT entra numa nova dimensãoNovo scanner a laser R2000

A AS-Interface é o conceito de inter-

face mais utilizado do mundo, quepossui uma automação simplificadade tecnologia de conexão rápida atra-vés de cabos planos. A integração dasegurança no AS-i era mais um passodecisivo para uma solução completa,que estabeleceu novos padrões emtermos de simplicidade, vista geralclara e uma boa relação custo- eficiên-cia. Enquanto outras soluções exigemhardware, a Segurança AS-i impressio-na com o seu software caracterizado

por comunicação fidedigna e lógicainteligente.Em tecnologia de instalação, é comum

ligar-se E/S digitais por meio de distri-buidores ou módulos com várias por-tas E/S. Relativamente às soluções desegurança, as conexões paralelas ou ossistemas paralelos supérfluos ainda sãobastante predominantes, tornando-sedesnecessários com a Segurança AS-i.Enquanto os componentes de segu-rança precisam de ser implementadosem PLe de uma forma descentralizada,

A solução da PEPPERL+FUCHSpara uma instalação segura de condutos de cabos

a interface AS-i pode ser integrada

no aparelho final ou utilizado ummódulo AS-i completo de dois canais.Consequentemente, são necessáriosdiversos aparelhos AS-i integrados ouum espaço suficiente para a instalaçãodos módulos.

A Pepperl+Fuchs apresenta o menormódulo de segurança G10 do mundo,incluindo proteção IP68/69k. Qualquerinterruptor de segurança com contatossecos pode ser ligado a este módulo.

É possível fazer a instalação direta

dentro do conduto de cabos. A únicacoisa visível do exterior é a saída docabo redondo para o aparelho final.A caixa de uma só peça permite nãosó alimentar os cabos planos atravésde pinos dourados e redondos, comoainda mantê-los firmemente fixosrecorrendo a um único parafuso. Omódulo G10 é tão pequeno e leve quenão precisa de parafusos de montagem.É excepcionalmente simples, e o seureduzido tamanho e peso asseguramnível de funcionalidade extra.

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8 I SABER ELETRÔNICA 461 I Maio/Junho 2012

A ESC é um evento de tecnologia embar-cada com mais de 24 anos de existência

e presença nos Estados Unidos e Índia,chegando ao segundo ano no Brasil. Esseevento mostrará a velocidade com quecresce o mercado de sistemas inteligen-tes no mundo.

O evento, realizado pela UBM Brazil, farásua segunda edição comemorando osucesso da estreia, que, no ano passado,contou com mais de 1.400 visitantes ea presença de grandes empresas comoMotorola, Mercedes-Benz, Embraer,Embratel, LG Electronics, Ericsson, Itaú,

Bradesco e Caixa Econômica Federal.Para este ano, a ESC Brazil, que ocor-rerá entre os dias 26 e 27 de junho,no Transamérica Expo Center(Av. Dr.Mário Villas Boas Rodrigues, 387 SantoAmaro - São Paulo - SP), em São Paulo,pretende alcançar a marca de 3 milvisitantes. Já estão confirmados comoexpositores empresas como Advantech,Agilent, AMD, ARM, Artimar, Microchip,Atmel, Ceitec, Compusoftware, FarnellNewark, Fluke, Tektronix, Freescale

Semiconductors, Fujitsu SemiconductorAmerica, Grupo ITech, IAR Systems, In-foTech, Intel, Intrepid Control Systems,

JTAG Technologies, Klocwork, Kontron,LDRA, Technology, Mosaico, NationalInstruments, NXP Semiconductors,O.S Systems, Renesas, SmartCore, STMicroelectronics, Texas Instruments,Wind River.

Assim como no ano passado, repre-sentantes dos mercados de eletroele-trônicos, automação industrial, auto-

mobilística, TI, distribuição e logística,telecomunicações, tecnologia médica,aeroespacial, segurança,digital signage (sinalização digital) e eletrodomésticosestarão presentes no evento. Na pri-meira edição da conferência no Brasil,uma pesquisa realizada apontou que80% dos visitantes são responsáveis peladecisão e escolha dos investimentos dasempresas.

Faça o seu credenciamento gratuito parao ESC Brazil no link:http://migre.me/9dPRB

Embedded Systems Conference 2012:A Conferência Internacional de Sistemas Embarcados

Palestras

26 de Junho de 2012

Room I

14 h às 15h 30Metering using ultra-low power MCUs: Calibration, accuracy and smartgrid metering systems - Jeniffer Barry (Texas Instruments)

Room II

11h 30 às 13 hUsing RTOS in Applications with High Interrupt Rates - Nick Lethaby(Texas Instruments)

14 h às 15h 30ARMv1 to ARMv8 - An overview of the ARM architecture - Chris Shore(ARM)

16 h às 17h 30 Which is the right ARM for you? - Ronan Synott (ARM)

Room III

11h às 13 hPrimeiros Passos para Embarcar Linux em Sistemas baseados em Proces-sadores - Wagner Augusto (TECHtraininG Engenharia)

14 h às 15h 30Primeiros Passos para Embarcar Linux em Sistemas baseados em Proces-sadores ARM - Fábio Estevam (TECHtraininG Engenharia)

16 h às 17h 30Estratégias para roteamento de placas de circuito impresso - EdsonCamilo (Whirlpool)

27 de Junho de 2012

Room I

11h 30 às 13 hAplicações de RF para Sistemas Embarcados - Alessandro Ferreira (TE-CHtraininG Engenharia)

14 h às 15h 30Ferramenta para análise de sinais no domínio do tempo e frequência -Rodrigo Pereira (Tektronix)

16 h às 17h 30 Desenvolvendo com o FreeRTOS - Sérgio Prado (Embedded Labworks)

Room II

11h 30 às 13 h Getting Star ted with a Real- time Kernel - Matt Gordon (Micr ium)

14 h às 15h 30 Efficient C Code for ARM Devices - Chris Shore (ARM)

16 h às 17h 30Power Efficiency of FRAM Based Wireless Sensor Networks - Rafael Mena(Texas Instruments)

Room III

11h 30 às 13 hReconhecimento de gestos em sistemas embarcados - André Silva(Freescale Semiconductors)

14 h às 15h 30Controle de motores BLDC: Alta eficiência com baixo custo - BrunoCastelucci (Freescale)

16 h às 17h 30 Ferramentas de depuração para Android - Daiane Angolim (Freescale)

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acontece


Algumas NovidadesEstão programadas duas sessões de

treinamentos da Freescale sobre micro-controladores de oito bits e práticas uti-lizando o Android. “O mercado de siste-mas embarcados engloba praticamentetudo que é eletrônico em nosso dia a

dia: desde o botão do micro-ondas atéum dispositivo multimídia em um carro.Muito do cotidiano é guiado de acordocom o uso deste tipo de sistema. É maisdo que justo que um evento desse porte(uma tradição internacional) deixe suamarca aqui no Brasil”, declarou o diretorda UBM Brazil, Joris Van Wijk.

Para mais informações, acesse: www.escbrazil.com.br

Números do mercado

A tecnologia embarcada liderou expor-tações no setor de eletroeletrônicosem 2011.

Segundo previsão da empresa americanade pesquisa de mercado IDC, a receitamundial deste mercado deve chegar aUS$ 2 trilhões até 2015, dobrando osnúmeros de hoje. Para se ter uma ideia,estima-se que em 2015, os sistemas em-

barcados passarão a representar maisde um terço das vendas dos grandessistemas eletrônicos no mundo. NoBrasil, segundo dados da AssociaçãoBrasileira da Indústria Elétrica e Ele-trônica (Abinee), os produtos destatecnologia lideraram as exportaçõesdo setor no ano passado, alcançando a

marca de US$ 833 milhões, crescimentode 9% com relação a 2010.

MD&M BrazilAo mesmo tempo da ESC Brazil 2012,

acontecerá a estreia do MD&M Brazil, oprincipal evento de tecnologia de equipa-mentos médicos e odontológicos.

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O módulo GPS EB-5662RE apresentacaracterísticas de alta sensibilidade,baixa potência e tamanho reduzido.

Ele é alimentado pelo SiRF Star IV,fornecendo ao usuário desempenhoe sensibilidade superiores mesmo emambientes difíceis como desfiladeirosurbanos ou densas florestas.

Graças à tecnologia SiRF CGEE (ClientGenerated Extended Ephemeris), omódulo antecipa posições de satéliteem até 3 dias e proporciona uma ini-cialização do CGEE de menos de 15segundos na maioria das condições, semqualquer assistência de rede.

Além disso, o Modo Micro Power permiteao módulo GPS ficar numa condiçãohot-start quase continuamente e comum consumo muito baixo de energia.

O EB-5662RE é apropriado para as se-guintes aplicações:

• Navegação automotiva;• Posicionamento pessoal;• Gestão de frota;• Navegação de telefonia celular;• Navegação marinha;

Características do Produto:•

Chipset GPS SiRF Star IV de altodesempenho;• Muito Alta sensibilidade (Tracking

Sensitivity: -163 dBm);• TTFF extremamente rápida (Time

To First Fix) com nível de sinalbaixo;

• Interface de Suporte UART/I2C(padrão UART);

• Built-in LNA ( dentro do CHIP);• Tamanho compacto (22,4 mm x 17

mm x 3,0 mm);•

Fácil de montar em outra placaPCB;• Suporte NMEA 0183 V3.0 (GGA,

GSA, GSV, RMC, VTG, GLL, ZDA);• Protocolo de Suporte OSP;• Suporte MEMS: Magnetômetro de

3 eixos;• MicroPower Mode (MPM):Redução

da corrente de consumo MPM de< 500 mA a <125 mA;

• Suporte SBAS (WASS, EGNOS,MSAS, GAGAN);

• Antena ativa de detecção.

Módulo GPSda CIKA

A Telit Wireless Solutions, anunciou a sualinha xE910 de móduloswireless comuma simples e única forma de fator que

é intercambiável com qualquer redecelular, possibilitando uma coberturamundial para aplicações e aparelhoseletrônicos M2M.

Baseado em um fator de forma LGA(Land--Grid-Array), com uma área de apenas795 mm2 e um tamanho total de 28,2x 28,2 x 2,2 mm, odesign uniforme dalinha xE910 dá aos consumidores a pos-sibilidade de escolher entre tecnologiasmóveis globais ou regionais, dependendoda localização e requerimento de uma

aplicação específica para otimizar o enviode dados e custos com módulos.Além de suportar tecnologias móveis

GSM/GPRS, UMTS/HSPA+ e CDMA/EV-DO, a família xE910 também permiteque as aplicações sejam facilmente atuali-zadas (por exemplo de uma rede 2G parauma 3.5G) e ao mesmo tempo mantémo design central de uma aplicação ouaparelho por todo o seu ciclo de vida

“Com uma forma de fator compacta,nossa família de módulos xE910 permite

que desenvolvedores e fabricantes deaparelhos M2M customizem facilmentesuas aplicações, aproveitando-se assimdo baixo custo dos espectros de bandasregionais”, disse Dominikus Hierl, diretorde marketing da Telit Wireless Solutions.“Além disso, os produtos de nossosclientes nunca vão sair de linha, umavez que o módulo permite integraçãosimples e atualizações.

O HE910, primeiro módulo anunciadopela Telit com a forma de fator LGA,

foi redesenhado para incluir mais novevariantes globais e regionais, incluindo:• Três variantes HSPA+ 5.76/21.0

penta-banda (800/ 850/ 900/ AWS/1900/ 2100 MHz) de alta produtivi-dade para o mercado global;

• Três locais, HSPA+ 5.76/7.2 comvariantes tri-banda (850/ 900/ 2100MHz) para os mercados Europeu,Asiático e América Latina;

• Três locais, HSPA+ 5.76/7.2 com va-riantes tri-banda (850/ 1900/ AWS)para o mercado Norte- Americano.

Módulos wireless ubíquospara plataformas móveis da Telit

Projetado para computação móvel, te-lemática automotiva, PDAs, e-readersTablets e aparelhos móveis, o novo

HE910 também permite que os clientesselecionem funcionalidades específiccomo dados; dados e voz; dados/GPSvoz/GPS; ou dados/voz/GPS. Adicionamente, o módulo permite cobertura 2Gcom quadri-banda GPRS e EDGE class33, assim como opções de diversidadeRx, tornando este o módulo com maisfuncionalidades da sua categoria.

“Como o HE910 tem umas das maioresvelocidades deupload disponíveis nomercado, nós escolhemos esse módulo

para a nossa popular câmera de segu-rança EyeSee” disse Jiri Molou, CEO d JABLOCOM. “Nós também gostamoda variedade de redes do módulo, queirá provavelmente incorporar isso emoutros produtos da nossa empresa nofuturo próximo”.

A JABLOCOM, empresa situada na República Tcheca, é uma provedora produtosna área de segurança para mais de 20países. A câmera EyeSee é um simples e inteligente aparelho que já protege milhares

de casas e escritórios em toda a Europa.Um novo membro da linha xE910 é o TeliGE910 módulo quad-band (GSM/ GPR850/ 900/ 1800/ 1900 MHz) projetadopara aplicações M2M 2G para rastreamento de mercadorias, monitoramentoindustrial remoto, automated utility meterreading, entre outros. Um DE910 EV-DOatualizado e um novo módulo CE9101xRTT que servirá os mercados CDMAserão lançados no Q3 2012, completandoa linha com fator de forma xE910 da Teli

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Oferecendo para a indústria soluçõesno ponto de vista de potência, semcomprometer o desempenho ou a

facilidade de uso, a Texas Instrumentslançou três novos DSPs baseados nasua arquitetura multinúcleo KeyStone,utilizando a geração TMS320C66x deprocessadores.

Os processadores TMS320C6654,TMS320C6655 e TMS320C6657, aten-dem de forma eficaz as aplicaçõesportáteis em mercados como os deaplicações críticas para a missão, auto-mação industrial, testadores, visão inte-grada, imagiologia, vigilância por vídeo,

aplicações médicas e infraestrutura deáudio e vídeo. Para mais informações,acesse www.ti.com/multicore .

Com seu baixo consumo de energia e opequeno tamanho de 21mm x 21mmpermitem portabilidade, mobilidade eo uso de fontes de energia de baixapotência, como baterias e energia viainterface.

Nos processadores, um conjunto oti-mizado de periféricos incluindo PortaUniversal Paralela (UPP) e Portas Se-

riais Multicanais Reforçadas (McBSO),reduzem o custo e o tamanho do sis-tema, e também simplificam a migraçãoa partir de projetos anteriores com ummínimo redesenho de placa.

As características dos DSPs C665xatendem às necessidades de aplicaçõescomo vídeo de segurança e gerencia-mento de tráfego, onde há necessidadede realizar processamento de vídeo eanálise de dados na ponta final. Alémdisso, uma ampla gama de aplicações

em tempo real como radares on--board, rádios definidos por software,processamento de vídeo e imagens eultrassom portátil agora serão meno-res, mais leves e mais fáceis de usar.

“Por meio da combinação de baixapotência e capacidade de ponto fixo eflutuante, estamos melhor equipadospara atender às exigências do setor”,disse Weidong Chen, CEO da SuzhouKeda Technology Co. Ltd., um fornece-dor de produtos e soluções de vídeoe vigilância na China. “Esta combinação

Os novos Digital Signal Processorsda Texas Instruments

oferece vital flexibilidade de projetoe um prazo para o mais rápido lança-mento sem adicionar custo significativo

de desenvolvimento. Estamos ansiosospara trabalhar ao lado da Texas Instru-ments para entregar soluções de altodesempenho e baixa potência, e comboa relação entre custo e eficiência aosnossos clientes.”

Com preços a partir de US$ 30 (FOB)para 10 KU, os processadores C665xconsistem de três soluções de potên-cia otimizada e com compatibilidadede pinos para desenvolvedores queestão migrando do núcleo único para

multinúcleo. O C6657 tem dois núcleosDSP de 1,25-GHz, oferecendo até 80GMACs e 40 GFLOPs, enquanto assoluções C6655 e C6654 entregam até40 GMACs e 20 GLOPS e 27,2 GMACse 13,6 GLOPS, respectivamente. Sobcondições normais de operação, osnúmeros de potência do C6657, doC6655 e do C6654 são 3,5W, 2,5W e2W, respectivamente. Os processadorestambém têm uma memória integrada aochip, com um controlador de memória

externo de grande largura de banda.“Esta nova adição à plataforma KeyStoneoferece uma solução muito atraenteque combina processamento de sinaisde baixa potência e alto desempenhoem um encapsulamento muito com-pacto”, disse Will Strauss, presidente eanalista principal da Forward Concepts.“Esta é uma poderosa combinação quepermitirá portabilidade com bateriade longa vida (ou alimentação na redeelétrica) em aplicações avançadas de

imagiologia, sensibilidade e análise dedados, onde atributos como estes sãofundamentais.”

Os DSPs suportam faixas de temperatu-ra entre -55ºC e 100ºC para aplicaçõesque precisam trabalhar sob condiçõesfísicas extremas, ou oferecer vida ope-racional sustentada.

SoftwaresA TI oferece módulos de avaliação

(EVMs) para que os desenvolvedo-res possam rapidamente começar aprojetar com o C6654, o C6655 e oC6657. O TMDSEVM6657 é vendido

por US$ 349 e o TMDSEVM6657LEpor US$ 549. Ambos os EVMs incluemum Kit para Desenvolvedores de Sof-tware Multinúcleo (MCSDK); o CodeComposer Studio™ (CCS), o ambientede desenvolvimento integrado (IDE)da Texas Instruments; e uma sériede códigos de aplicações/demo parapermitir aos programadores embarcarrapidamente na nova plataforma. Alémdisso, o TMDSEVM6657L inclui umemulador integrado XDS100 enquanto

o TMDSEVM6657LE inclui um emula-dor mais rápido, o XDS560V2, paracarregamento mais fácil de programase facilidade de uso.

Ademais, os DSPs C665x são compatí-veis do ponto de vista de código coma geração TMS320C64x e todos osprocessadores multinúcleo baseadosem KeyStone, garantindo os investi-mentos anteriores feitos em DSPs pelaempresa, que podem ser facilmentereutilizados.

Os três novos

DSPs.

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A IAR Systems anuncia o suportecompleto para a série de microcon-troladores V850E2/Fx4-L, da Renesas

Electronics.A série V850E2/Fx4-L caracteriza-se porum consumo de potência muito baixocombinado com alta funcionalidade.Ela foi desenvolvida para o segmentoautomotivo, visando melhorias de con-forto e na estrutura dos automóveis,em aplicações tais como: levantadoresde capota e vidros, HVAC (aquecimento,ventilação e ar condicionado), módulosde controle da carroceria, e das portas,módulos para os bancos e iluminação.

Esses novos MCUs provêm característi-cas de economia de energia, a exemplodo sequenciador (SEQ). Este últimosuporta a monitoração de hardware deentradas digitais no “deep stop mode”

Ferramentas de desenvolvimento para os novos MCUsde baixa potência, da Renesas Electronics

sem qualquer utilização da CPU oumemória. Quando o sequenciador de-tecta atividade das entradas digitais, o

dispositivo chaveia do mododeep stop para o modo ativo (run mode).Uma outra especificação é o LIN-master

controller (LMA), que suporta a detec-ção automática deframes sem interati-vidade com a CPU.

A suite de ferramentas do compiladorC/C ++ e depurador, altamente otimi-zada, conhecida como IAR EmbeddedWorkbench para a série V850 ofereceum suporte estendido a todos os dis-positivos nas V850, V850E, V850ES, e

V850E2.Os MCUs V850E2/Fx4-L são suportadospela IAR Embedded Workbench paraV850-Versão 3.81 atualmente disponí-vel. Este novo lançamento suporta, inclu-

sive, o emulador Renesas E20, integradcom a versão do sistema de controleSubversion, e novas licenças específica

a exemplo das licenças do comutador, eativação de licença automática e suporte para servidores virtuais.

A IAR Embedded Workbench está dis-ponível para uma grande variedadede dispositivos da Renesas em umtotal de mais de 4000. AIAR Systeméo maior fornecedor independente deferramentas para os microcontrola-dores Renesas, e está empenhada emcontinuar a oferecer ferramentas dealto desempenho e uso amigável para

todos os MCUs da empresa.Para maiores informações sobre a IAREmbedded Workbench para V850, bemcomo para baixar versões de avaliaçãoacesse www.iar.com/ewv850

Os PowerMonitors W250 e 500 pro-

porcionam uma solução escalável evisibilidade do custo-benefício sobrecomo, quando e onde a energia elé-trica está sendo utilizada ao longo doprocesso de produção. Esses novosinstrumentos para medir a energiaelétrica permitem que o usuário seaprofunde no monitoramento dasinstalações ou nível do processo,para coletar dados de aplicaçõesespecíficas que consomem muitaenergia, sem um custo ou esforço

significativo.O PowerMonitor W250 oferece plata-forma de comunicações wireless paraaplicações onde a instalação de redevia cabo é proibitiva em termos decusto e em vários locais de medição,incluindo espaços remotos ou con-finados, como tetos, correias trans-portadoras ou áreas externas. A redewireless transmite as informações doconsumo de energia diretamente parao software RSEnergyMetrix de modoa reduzir os custos da rede e facilitar a

Novos medidores parao controle de energia elétrica

coleta de dados. Uma rede simplificada

para medidores adicionais permitemelhor modularidade e flexibilidadedo sistema.

Para aplicações de monitoramento deconsumo e de demanda de energiamenores, o PowerMonitor 500 apre-senta display de cristal líquido grandepara visualizar as informações do usoda energia diretamente no processoque está sendo monitorado, semexigir qualquer componente adicio-nal, e aumentando o envolvimento

dos funcionários em programas deeconomia de energia. O medidorapresenta, também, opções de co-municação Modbus TCP e EtherNet/IP e é totalmente integrado com osoftware RSEnergyMetrix. Os dadosde consumo de energia podem sercarregados diretamente em painéisde instrumentos baseados na internetpara proporcionar uma ferramen-ta econômica para implementar everificar iniciativas de economia deenergia.

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acontece


A SMS Tecnologia Eletrônica ( www.sms.com.br ) – fabricante de equi-pamentos para proteção de energia

- oferece a seus consumidores o no-break senoidal inteligente Power SinusII, disponível nas potências de 2400VAe 3200VA.

Esta linha foi especialmente desen-volvida para proteger equipamentosque necessitam de uma energia bemcondicionada obtida através de ondasenoidal pura, como por exemplo, ser-vidores, computadores que possuamfontes com PFC ativo ou projetores,além de equipamentos de informática

e eletroeletrônicos convencionais.Entre as características do produto, valedestacar as saídas USB e RS-232 paragerenciamento de energia. O softwa-re de gerenciamento de energia SMSPower View possibilita monitorar ofuncionamento do nobreak, local ou

Power Sinus II oferece energia seguraaos equipamentos eletrônicos

remotamente. Com o auxílio dos servi-ços disponibilizados no site Alerta24h,é possível garantir o funcionamento do

equipamento de maneira inteligente.O Power Sinus II é encontrado em duasversões - entrada bivolt automáticacom saída 115V~ (2400 VA e 3200VA)e monovolt 220V~ (3200VA). O tempode autonomia, que é de 2h30 para umaestação de trabalho contendo um PConboard, um monitor LCD 17” e umaimpressora jato de tinta, pode chegaraté 8h30 quando conectado ao módulode bateria externa (acessório opcional).

O nobreak que conta com filtro de linha

e estabilizador internos com 4 estágiosde regulação, oferece ainda sete níveisde proteções – contra curto-circuitono inversor, descarga total das baterias,potência excedida, surtos de tensão,subtensão, sobretensão, sobreaqueci-mento no inversor e no transformador,

além de descargas elétricas na linhatelefônica, prevenindo contra a queimade modem, multifuncionais e fax.

“Os usuários precisam ficar atentos ese conscientizar da necessidade deproteção dos seus equipamentos, se-

jam de áudio, vídeo ou de informática”,comenta Auster Nascimento, DiretorGeral da SMS. “A relação custo--benefício de proteger equipamentossensíveis contra surtos ou interrupçãodo fornecimento de energia é bastantevantajosa tanto para ambientes domés-ticos, quanto para ambientes hospitala-res, corporativos, ou industriais, onde é

necessária a proteção da infraestrutura,do investimento”, finaliza o executivo.Os novos equipamentos da linha Power

Sinus II têm preços sugeridos a partirde R$ 2.350,00 (valor sugerido pelo fa-bricante para usuários finais do Estadode São Paulo).

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Eletrônica AplicadaIndustrial

D iante de um universo tão grandede sensores e transdutores, porque escolhemos escrever sobreLVDTs,strain gauges , e sensores

capacitivos?A criação deles não é nenhuma novi-

dade, então cada respectiva aplicação fazparte da tendência dos processos fabrisque envolvem automação industrial: amanutenção preditiva.

Mas o que é manutenção preditiva, equal a sua utilidade no mercado globali-zado? A manutenção preditiva é a técnicade prever uma falha em uma máquinaou sistema antes dela realmente ocorrer.Uma espécie de “bola de cristal” da erada informação. Seu papel é o mais nobrede todo o sistema de automação, ou seja,

atribuir con abilidade aos equipamentos,impedindo a quebra da produção e, con-sequentemente, tornando o produto nalmais competitivo.

E isso é possível?Não somente é, como já temos um

imenso parque industrial que opera se-gundo essa loso a: montadoras, usinas,indústrias grá cas, têxteis, alimentícias etc.

Aliás, para o pro ssional que trabalhacom automação (principalmente indus-

trial), o conhecimento da manutenção pre-ditiva é vital para a sua empregabilidade,enquanto que para as empresas, ele podeser a diferença entre a sobrevivência (ounão) no mercado.

Nem tudo, entretanto, é possível deser previsto, mas os principais pontos deuma máquina já podem ser monitoradosquanto a sua vida útil.

Se não podemos avaliar a “saúde”de uma placa-mãe e quanto tempo elafuncionará bem, podemos, por exemplo,“sensoriar” partes mecânicas da máquina

Transdutoresna manutenção preditiva

Transformadores lineares va-riáveis, “strain gauges”, e sensorescapacitivos. Conheça a filosofia defuncionamento, e a importânciadestes dispositivos na manutenção preditiva.

Alexandre Capelli

e, através desoftwaresespecí cos, estimarsua vida útil.

Caso práticoA fgura 1 mostra um rolamento, que

poderia ser crítico para uma máquina

(eixo-árvore de um torno CNC, por exem-plo), sendo monitorado por dois sensoresum de temperatura, e outro de vibraçãomecânica.

O sinais provenientes destes sensoressão tratados (etapa onde todas as inter-ferências são retiradas), ampli cados, convertidos em dados digitais. Então, sãoenviados à CPU que, como já foi dito, atra-vés de softwares dedicados à manutençãopreditiva, processa a informação em modoon-line (todo o tempo).

Uma vez detectada uma situação queultrapassa o limite da normalidade (nonosso exemplo: temperatura e vibraçãomecânica acima das especificações dfabricante), a máquina ou sistema indicana sua IHM (Interface Homem-Máquinaa ocorrência.

Ora, até o momento, o dispositivomonitorado ainda não quebrou, apenasestá apresentando os primeiros sinais dedesgaste. O software “projeta” (estimaqual será o tempo de vida útil do rola-

mento nestas condições, possibilitando aprogramação de sua substituição antes dasua quebra fatídica ocorrer.

Notem que assim como a manutençãopreventiva, a preditiva procura evitar acorretiva (quando a máquina já quebrou)porém, com uma diferença muito grandesua assertividade.

Na manutenção preventiva, além doprocedimento de limpeza, ajustes, lubri-

cação etc., algumas peças são trocadaainda que em perfeito estado de funcio-

namento. Essa troca ocorre segundo a es

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2012 I Maio/Junho I SABER ELETRÔNICA 461 I 15

timativa da sua vida útil, que é fornecidapelo fabricante.

Geralmente, este parâmetro é expressoem “horas de operação sem falhas” (MTBF– Mean Time Between Failures). Algunscomponentes podem ter seu “MTBF”determinado pelo número de manobras

(um contator, chave, ou relé, por exemplo).De um modo ou de outro, uma vezexcedido o tempo previsto para um bomfuncionamento, a peça é “condenada”e trocada, mesmo estando “boa”. Esta

loso a é preventiva, isto é, “trocar antesde quebrar”.

Mas qual é o técnico (ou até usuário)que já não passou pela triste experiênciade trocar uma peça boa, apenas por estar“velha”, por uma mais nova e, poucotempo depois, esta última quebrar? Coin-

cidência? Se tivéssemos deixado a antiga,ela também quebraria? Estas são pergun-tas impossíveis de serem respondidassem o sistema de manutenção preditiva.É fato também que essas situações nãosão comuns, e a manutenção preventi-va, quando bem feita, apresenta bonsresultados. Embora sistemas preditivos(softwares e hardwares) possam parecercaros em um primeiro momento, seucusto poderá ser absorvido através deduas grandes vantagens sobre sistemas

preventivos convencionais: evitar trocasdesnecessárias, e paradas (quebras) naprodução em menor número.

Nas páginas seguintes deste artigoabordaremos os principais transdutorese sensores utilizados como elementos demonitoração para manutenção preditiva.Cabe lembrar que, assim como citamosuma aplicação em um rolamento, amesma técnica pode ser empregada paraoutras partes da máquina ou sistema(fusos de esferas, placas, guias lineares,

mancais etc.).Transdutor e Sensor

Embora bem próximos em função,a de nição de transdutor difere da desensor. Transdutor é um componenteque transfere informação (na forma deenergia) de uma parte do sistema demedida para outra, geralmente, atravésde uma conversão para energia elétrica.São exemplos de transdutores: termopar(converte calor em ddp),encoder (movi-

mento mecânico em pulsos elétricos) etc.

Sensor é a parte do sistema de medidaque responde pela grandeza física a ser

medida.Os exemplos acima também não sãoconsiderados sensores? Sim, pois todotransdutor é um sensor, porém, nem todosensor é um transdutor. Um termopar, quetransforma uma forma de energia (calor)em outra (elétrica), pode ser utilizado como“sensor” de temperatura. Repare, porém,que, para ser considerado transdutor, deveocorrer uma transformação de uma formade energia em outra. Por outro lado, quan-do utilizamos um sensor de sobrecorrente,

por exemplo, através de um resistor ou

F1. Sensores utilizados na manuten-ção preditiva de um rolamento.

F2. Diagrama tridimensional deenergia dos transdutores.

F3. Exemplo destrain gauge.

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transformador de corrente, ele não podeser considerado transdutor, pois trabalha-mos apenas com uma forma de energia:a elétrica. Neste caso, uma sobrecorrente(energia elétrica) é convertida em umatensão (energia elétrica) de controle; nãohouve, então, conversão de energia.

Transdutor eDomínio da Energia

Podemos classi car os transdutoresem várias famílias e categorias. As duas

mais abrangentes são: diretos (tambémconhecidos como geradores), e indiretos(também conhecidos como moduladores).

Os diretos não requerem mais nenhumafonte de energia além do sinal, por exemplo:células fotoelétricas, termopares etc.

Os indiretos necessitam de uma fonteexterna de energia que, geralmente, é“modulada” pelo sinal, por exemplo: dis-positivos de efeito Hall, strain gauges etc.

A fgura 2 apresenta um diagramatridimensional de energia dos transduto-

res. Podemos notar as diferentes posições

nos domínios de um transdutor direto(termopar), e um indireto (dispositivode efeito Hall).

As duas famílias de transdutores ci-tadas ainda podem ser divididas em trêssubfamílias: por função, por desempenho,e pela sua saída.

Na classi cação por funções podemosencontrar dezenas de opções no mercado.As mais comuns são:

• Deslocamento:• Linear;

• Angular.• Velocidade:• Linear;• Angular;• Caudal.

• Dimensional:• Posição;• Comprimento;• Área;• Espessura;• Volume;• Rugosidade;

• Tensão mecânica.

• Massa:• Peso;• Carga;• Densidade.

• Força:• Absoluta;• Relativa;• Estática;• Pressão dinâmica;• Pressão diferencial.

Quando falamos em desempenho, osparâmetros em foco são: exatidão, repe-

tibilidade, linearidade, gama (range) deatuação etc. Quanto a sua saída temosanalógica, digital, em freqüência, codi

cada etc.

Strain gauge“Strain” signi ca deformação, mai

precisamente um corpo sob tração mecânica ou compressão; e “gauge” medidor(ou sensor). Portanto, strain gauge podeser traduzido como sensor de deformaçãoA fgura 3 exibe a aparência típica desse

dispositivo, lembrando, porém, que seu

F4. Filosofas de uncionamentodos transdutores capacitivos.

F5. Exemplo de um sensor capacitivopor tipo de material.

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tamanho e forma podem variar muito deacordo com a aplicação.Podemos encontrar strain gauges de

500 mm de comprimento, que são utiliza-dos para monitorar dilatação de pontes,edifícios, e grandes construções, até uni-dades menores que 5 mm, e que já foramempregadas para registrar dilatações emdentes humanos.

O strain gauge é feito com um materialsemelhante ao lme fotográ co (epoxy), eé colado sobre a superfície a ser analisada.

Dessa forma, o eixo extensométrico dosensor dilata-se juntamente com ela. Omaterial resistivo, então, altera seu valorôhmico linearmente.

Através dessa variação de resistênciaelétrica, o sistema eletrônico é capaz dequanti car a dilatação.

Transdutores capacitivosOutro componente muito utilizado

para detectar pequenos deslocamentos,ou melhor, deformações, é o transdutor

(ou sensor) capacitivo.

F6. Estrutura básicado LVDT.

F7. Posição do núcleo X tensãode saída do LVDT.

F8. Estrutura deum LVDT a gás.

F9. Exemplo deum LVDT a gás.

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Seu funcionamento baseia-se na variação da capacitância estabelecida podois corpos e, como podemos observapelafgura 4 , há três formas de operação:variação da distância, da área, e do tipode material.

A fgura 5 mostra um sensor capaci-

tivo que funciona de acordo com o tipode material.

LVDTOs transdutores do tipo LVDT (trans-

formador linear variável) são componenteque funcionam pelo princípio de distri- buição do campo magnético e indução dcorrente elétrica. Uma corrente alternadade excitação é aplicada na bobina primárido transdutor, e a posição relativa de seunúcleo é responsável pela distribuição do

campo eletromagnético entre duas bobinassecundárias, conforme ilustra afgura 6 .Uma vez que o núcleo do dispositivo

esteja em contato com a superfície a semonitorada, as bobinas secundárias sãoconectadas de tal forma que a tensãoexistente nelas seja somada negativamen-te, resultando assim numa tensão únicarelativa de saída. A posição do núcleorelativa ao centro geométrico das bobinadetermina a amplitude da tensão de saída.

A fgura 7 exibe como as posições do

núcleo simetricamente afastadas do centro produzem tensões de saída de igualintensidade.

Notem que sua centralização “pro-duz” uma saída nula de tensão. Já a fasede tensão de saída, em relação ao sinaexcitador alternado de entrada, é queindica a posição absoluta do núcleoisto é, se na coordenada positiva (ounegativa) de uma referência geométricaarbitrária medida a partir do centro dotransdutor.

Os LVDTs são aplicados no acompanhamento de deslocamentos mecânicosde amplitudes na ordem de grandeza depoucos centímetros, e podemos dividi--los em duas categorias construtivas: oconvencionais, e os pneumáticos.

Os LVDTs convencionais, por seremconstruídos sob uma base núcleo-haste--mola, sua performance de atuação élimitada, apresentando bons resultadosapenas em condições moderadas, cujadinâmica típica de operação na medidade deslocamentos varie de forma relati-

F10. Cadeia de aqui-sição de sinais.

F11. Limites de precisão paraaquisição dos sinais.

F12. Erro decalibração.

F13. Desviodo zero.

F14. Erro delinearidade.

F15. Sensibili-dade cruzada.

F16. Ponte deWheatstone.

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vamente lenta so longo do tempo (tipi-camente, deslocamentos variáveis comfrequências de até 1 Hz).

Os LVDTs pneumáticos (air-bearingoperation) são componentes mais precisose velozes. Geralmente, sua ponta de con-tato é feita de diamante, e eles são capazes

de medir deslocamentos da ordem dealguns micrômetros.Através dafgura 8 podemos observar

como uma câmara de ar (ou gás) funcio-na como um amortecedor, e substitui asmolas normais. A aparência deste compo-nente pode ser vista nafgura 9 .

Aquisição de SinaisO processo de transdução (e conse-

quente aquisição de sinais) ideal deveestabelecer uma relação unívoca e linear

entre a grandeza física monitorada e asaída elétrica.Afgura 10 mostra a “cadeia” elemen-

tar da aquisição de sinais. Notem que,logo após o transdutor/sensor, temos aetapa de tratamento do sinal. Somente,então, o resultado é monitorado, anali-sado e, se for o caso, controlado. Errosdecorrentes da passagem do sinal pelosdiferentes elementos da cadeia, entretan-to, fazem com que a leitura esteja semprelimitada quanto à precisão. Sua “acurácia”

é de nida em termos de desvio “d”, comrelação a faixa de alcance ou “fundo deescala” da grandeza a ser monitorada.

Na fgura 11 podemos ver o compor-tamento real dos sistemas de aquisição,quando comparado com a medida real.

A imprecisão pode ter a sua origemem quatro diferentes fontes: calibração,desvio do zero, não linearidade e sensibilidade cruzada.

Calibração

Os erros gerados pela falta de cali- bração comportam-se conforme ilustraa fgura 12 .

Notem que há uma correspondêncialinear entre a resposta esperada e a medi-da, porém, devido ao excesso de ganho,há o desvio de saída. É bom lembrar que,no caso de falta de ganho, a resposta deganho estaria abaixo da esperada.

Desvio do zeroO desvio do zero de um transdutor ou

sensor é a leitura residual consistente de

uma grandeza elétrica diferente de zero,quando o valor referente à grandeza me-cânica é nulo, e que se mantém constantequando esta grandeza deixa de ser nula(fgura 13) .

Sua correção pode ser facilmenterealizada pela subtração da constante do

desvio em cada medida observada.

Erro de linearidadeA maioria dos transdutores são capa-

zes de acompanhar de forma linear a va-riação de grandezas físicas apenas dentrode uma determinada faixa de operação.

Fora dela, porém, esta linearidade équebrada(fgura 14) .

O único modo de contornar esse problema é utilizar o dispositivo dentro decada respectiva faixa de operação linear,

que deve ser informada através das curvasfornecidas pelos fabricantes.

Sensibilidade cruzadaO erro dos transdutores por sensibi-

lidade cruzada consiste na variação dagrandeza elétrica devida à variação deuma grandeza mecânica de natureza dife-rente daquela que está sendo comparada(fgura 15) .

Um transdutor de deformação mecâ-nica, por exemplo, pode registrar variação

em sua medida elétrica devido a umamudança de temperatura.O melhor modo de corrigir a sensibi-

lidade cruzada é compensar o fenômenoatravés de ferramentas de hardware ousoftware. No caso de hardware, a etapade tratamento de sinal é a mais comum.

Pontes de Medição e Con-dicionamento do Sinal

A maioria dos transdutores (em espe-cial: o LVDT, strain gauge, e capacitivos)

disponibiliza em suas saídas sinais depequena amplitude. A técnica mais co-mum de condicionar estes sinais antesdas etapas de ampli cação e tratamento(eliminação das interferências) é ligá-losem ponte.

Ponte de Wheatstone:A ponte de Wheatstone é um dos

circuitos mais clássicos da eletricidade.Conforme podemos observar pelafgura16 , trata-se apenas de uma malha de resis-

tores ligada a uma fonte de alimentação.

A saída da fonte (VBD) deve apresen-tar tensão nula (VBD = 0 V) quando:

R 1⋅ R 3

= R 2⋅ R X

Por quê?Na verdade, a malha da ponte de Whe-atstone pode ser dividida em duas “sub-

malhas” (“se é que esse termo existe!”).A submalha formada pelos pontos A,

B, e D; e a submalha pelos pontos B, C,e D. O resultado deve ser o mesmo soba óptica da análise do circuito, portanto,vamos escolher a submalha: A, B, e D. Pelateoria das malhas temos:

Segundo o teorema do divisor resisti-vo da lei de Ohm, temos:

VAB

+ VBD

+ VAD

= 0 V0 = V

AD − V AB→←

− V AD = + V

DA

V0 = V

AD − VAB =

R 1 ⋅ R 3 − R 2 ⋅ R X

(R 1 + R 2 )(R 3 + R X )⋅ V

Simpli cando a expressão acima:

R X=

R 1⋅ R 3

R 2

R 2⋅ R X

= R 1⋅ R 3→←

Qual a utilidade práticadeste circuito?

Vamos imaginar que Rx seja um straingauge. A ponte de Wheatstone converte-rá a variação da sua resistência elétrica(resultante da deformação mecânica) emuma variação de tensão.

Como não necessariamente o valorôhmico do strain gauge na sua situaçãode repouso (sem deformação) obedecea regra R1 . R3 = R2 . Rx, fazemos R3 va-riável. Desta forma, é possível ajustar atensão de saída da ponte para 0 V quandonão há deformação.

Uma vez que ela ocorra, entretanto, osinal é ampli cado, ltrado, e convertidoem sinais digitais. Através desta técnica(fgura 17) a saída do sistema está pron-ta para ser analisada pelo software de

controle.

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Ponte RessonanteOutra ponte muito utilizada é a res-

sonante, e é indicada para transdutorescapacitivos. Veja afgura 18 .

R3 é variável pelo mesmo motivo daponte de Wheatstone, ou seja, para cali- brar o sistema. O circuito LC apresenta

uma impedância, funcionando comoum resistor. Obviamente, a fonte dealimentação deve ser do tipo alternada,ou contínua chaveada. Para uma dadafrequência, teremos:

(fgura 21) , a m de entendermos melhoro fenômeno da rejeição do modo comum.

Ora, V1 e V2 são os valores da tensãode entrada cuja referência é o terra (“0”volt). A tensão diferencial pode ser ex-pressa por:

Quando utilizamos amplificadoresoperacionais, o ganho de cada circuito responsável pela ampli cação tanto datensão diferencial ( que é a que realmenteinteressa, pois corresponde a variação dagrandeza física a ser monitorada) quantoda tensão em modo comum (que é um

resíduo prejudicial ao processo).Os ampli cadores operacionais mo-dernos já possuem circuitos internos capazes de rejeitar (não ampli car) a tensão dmodo comum, e o parâmetro que de neessa capacidade do CI é a taxa de rejeiçãdo modo comum (CMRR).

Podemos calculá-la numericamenteatravés da fórmula:

ω2⋅ L ⋅ C = 1

f =1

2 ⋅Π ⋅ √ L ⋅ C

A fgura 19 ilustra o diagrama gené-rico do tratamento do sinal após a fonte.Notem que há necessidade de aplicaçãode um circuito oscilador (chaveador) paravariar a frequência da tensão da fonte.

O LVDT, por exemplo, também utili-za uma técnica semelhante, porém, seucircuito oscilador deve funcionar apenascom tensões alternadas(fgura 20) .

DistúrbiosVários distúrbios podem interferir

no processo de monitoração, controle,e instrumentação nos sinais de baixaamplitude.

A interferência é caracterizada peloefeito aleatório da in uência de parâme-tros externos, suas origens (fontes) maiscomuns são campos elétricos e magnéticosvariáveis no tempo.

Os tipos mais comuns de interfe-rência são:Common Mode Rejection Ratio (CMRR) – razão de rejeição em modocomum; “loop” de terra; interferência

eletromagnética; e ruído da própria fontede alimentação.

CMRRQuando empregamos um transdutor

com saída diferencial, LVDT por exemplo,temos duas tensões disponíveis na entra-da na etapa ampli cadora: a comum, e adiferencial.

Normalmente, a etapa ampli cadoraé constituída por uma malha de ampli-

cadores operacionais. De modo geral,

vamos apresentá-la apenas por um “Box”

d=

V 1 − V 2

2

Já a comum por:

Vc

=V

1+ V

2

2

F17. Exemplo de tratamento de sinal de um Straingauge ligado a uma ponte de Wheatstone.

F18. PonteRessonante.

F19. Condicionamento do sinalpara ponte ressonante.

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Esse dado, entretanto, normalmenteé fornecido no “aplication note” do fabricante. O fato é que apenas os recursosinternos do CI podem não ser su cientespara eliminar toda a tensão residual domodo comum.

Uma técnica eficaz para isso é aamplificação por etapas, ou seja, se

você necessita de um ganho de 1000,não utilizar um único CI (amplifica-dor operacional) com todo este ganho.Ao invés disto, use 3 CIs ligados emcascata (saída de um na entrada dooutro), tendo cada um G = 10. Comoa tensão residual em modo comumaparece somente na primeira etapa, elaé amplificada apenas 10 x, enquanto adiferencial 1000 x.

Loop de terra

Outro distúrbio que pode atrapalharsistemas de controle com sinais de baixaamplitude é o “loop de terra”.

Através dafgura 22 podemos teruma ideia clara do fenômeno. R1 repre-senta a resistência oferecida pelo con-dutor de “ida” do sinal do transdutor/sensor até a etapa ampli cadora, e R2 aresistência de volta.

Caso R1 ≠ R2 teremos uma tensãode modo comum que será apresentadana entrada do sistema de ampli cação e

tratamento do sinal. Isto ocorre porque

CMRR = 20 ⋅ logG d

G c

Onde:

Gd = ganho diferencialGc = ganho em modo comum

F21. Tensão di eren-cial e comum.

F20. Condicionamento dosinal para LVDT.

F22. “Loop”de terra.

F23. Terra equi-potencial.

temos “terras” distintos, e a resistênciade terra fica conectada em paralelocom R2.

Alterando sua resistência, a queda detensão sobre ele também muda, gerandouma ddp residual em modo comum.

A melhor solução para esse proble-ma é utilizar o sistema de terra equipo-tencial (comum a saída de transdutor/sensor e entrada do sistema), videfgura23

.

EMIA EMI (interferência eletromagné-

tica) pode ter origem em várias fontes.Sua eliminação também não tem um“remédio” padrão, porém, campos ele-tromagnéticos externos ao circuito e aotransdutor/sensor podem gerar tensõesinduzidas, “enganando” os sistemas demedição e controle.

Como já foi dito, há várias técnicas

para sua eliminação, que vão desde o

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cuidado com o tamanho e passagem dosos e cabos, atélayouts diferenciados da

PCI (placa de circuito impresso). Duasdelas, entretanto, são as mais conhecidase e cientes: a blindagem e o isolamentogalvânico. Nafgura 24 podemos con-

templar ambas. A blindagem funcionacomo uma gaiola de Faraday, fazendocom que a maior parte da EMI seja dis-sipada externamente (na malha).

O isolamento galvânico, na essência,é um ltro que bloqueia a passagem de

tensões em alta frequência da fonte geradora de interferência para os sistemasde medição e controle.

RuídoPodemos definir o “ruído” elétrico

como uma variação aleatória do sinal

em frequência e amplitude gerada peloscomponentes internos de um circuito,resultante de uma combinação de efei-tos térmicos e de estrutura do material

Há dois tipos de ruídos: o branco (quecobre todo o espectro de frequências)e o colorido (de determinada faixa defrequência). As quatro principais fontede ruído são:

• Térmico : movimento aleatório deelétrons em um condutor.

• Shot noise : ocorre na zona das

junções em semicondutores.• Estelar ou cósmico: de origemextraterrestre (explosões estelares,do Sol etc.).

• Flicker : associado a comutação decargas.

Para medir a qualidade de determina-do meio de transmissão de informaçãoutilizamos o parâmetro relação sinal/ruídoque estabelece a relação entre a potência dsinal e a do ruído. Ela pode ser calculadanumericamente através da fórmula:

SNR = 10 ⋅ logV 2

E 2

Onde:V = tensão do sinal;E = tensão do ruído.

Não há muito o que fazer para elimi-nar o ruído, porém, a utilização de ltrospassivos podem reduzir bastante seus

efeitos. Pequenos capacitores colocadona alimentação dos CIs é uma técnicamuito popular. O importante para queela funcione, entretanto, é lembrar queestes capacitores devem estar alocadosmecanicamente próximos aos seus res-pectivos CIs.

Exemplo de um Circuito Com-pleto de Tratamento de Sinais

Finalmente, podemos observar atravésda fgura 25 um exemplo completo de

tratamento de sinal. Podemos mostrar

F24. Blindagem e isola-mento galvânico.

F25. Condicionamento dosinal para LVDT.

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Quando lidamos com sinais de baixaamplitude, principalmente em ambien-tes de alta EMI (chão-de-fábrica dasindústrias, por exemplo), devemosoptar por amplificadores diferenciais.

Conforme podemos observar nafigura A , não importa a natureza dotransdutor/sensor, o ruído induzido

Amplificadores Diferenciais na Instrumentação

que a maioria das técnicas exploradasaté aqui foram utilizadas, isto é:

• O primeiro ampli cador é dife-rencial, o que contribui para aeliminação de interferências.

• O ganho de 1000 x é distribuídoem três operacionais, o que me-

lhora a rejeição da tensão residualem modo comum.• O terra é equipotencial, eliminan-

do o “loop de terra”.• Os cabos são blindados, o que

reduz a in uência da EMI.• Há capacitor es ( ltros passivos)

próximos à alimentação do CI,diminuindo o efeito dos resíduoselétricos.

Conclusão

Conforme dissemos no início doartigo, a tecnologia do controle, condi-cionamento e monitoração de sinais temuma enorme importância nos sistemas

de automação industrial, sendo que amanutenção preditiva é um dos maisnobres exemplos.

O técnico ou engenheiro de de-senvolvimento deve levar em conta,entretanto, as numerosas variáveis naaplicação de componentes e sistemas.

Abaixo segue uma pequena lista delas:• Tipo de sinal a ser monitorado• Gama de funcionamento• Sinal de Saída• Precisão• Repetibilidade• Tempo de resposta• Vida útil• Temperatura de funcionamento• Tipo de alimentação do trans-

dutor• Aplicações (o sensor instalado

está consoante com o ambiente;há sensores / transdutores espe-cí cos para elevada corrosão ouvibração etc.).

em um terminal é subtraído no outro.Desta forma, na saída teremos apenaso resultado da amplificação do sinalmonitorado.Caso utilizássemos um amplificador

comum convencional, o ruído seriaamplificado juntamente com o sinal,distorcendo-o completamente.

FA. O Ruído induzido em um ter-minal é subtraído no outro.

E

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A necessidade de automação naindústria e nos mais diversossegmentos está associada, entrediversos aspectos, às possibi-

lidades de aumentar a velocidade deprocessamento das informações, umavez que as operações estão cada vez maiscomplexas e variáveis, necessitandode um grande número de controles e

mecanismos de regulação para permitirdecisões mais ágeis e, portanto, aumentaros níveis de produtividade e e ciência doprocesso produtivo dentro das premissasda excelência operacional.

A automação permite economias deenergia, força de trabalho e matérias--primas, um melhor controle de qualidadedo produto, maior utilização da planta,aumenta a produtividade e a segurançaoperacional. Em essência, a automaçãonas indústrias permite elevar os níveis

de continuidade e de controle global doprocesso com maior e ciência, aproximarao máximo a produção real à capacidadenominal da planta, ao reduzir ao mínimopossível as horas paradas, de manutençãocorretiva e a falta de matéria-prima.

Além disso, com o advento dos siste-mas de automação baseados em redes decampo e tecnologia digital, pode-se tervários benefícios em termos de manuten-ção e aumentar a disponibilidade e segu-rança operacional. E ainda, a automação

extrapola os limites de chão de fábrica,ela continua após o produto acabado,atingindo fronteiras mais abrangentes;a automação do negócio. Veja agura 1 .

A solução completa deve prover umametodologia de gestão da indústria deforma transparente e garantir que todosos esforços sejam direcionados para seatingir a meta estabelecida, facilitandoa tomada de decisão quando há mu-danças relevantes ao desempenho dosindicadores ou um desvio em relação aoplanejado.

Usuários e clientes então devem estaratentos na escolha e definição de umsistema de automação e controle, ondeesta de nição deve levar em conta váriocritérios e que possa estar em sincronismocom o avanço tecnológico.

Quanto mais informação, melhoruma planta pode ser operada e sendoassim, mais produtos pode gerar e mais

lucrativa pode ser. A informação digital eos sistemas verdadeiramente abertos per-mitem que se colete informações dos maisdiversos tipos e nalidades de uma plan-ta, de uma forma interoperável e comoninguém jamais imaginou e neste sentidocom a tecnologia Fieldbus (Foundation

eldbus, Pro bus, HART, DeviceNet, Asetc.) pode-se transformar preciososbits ebytes em um relacionamento lucrativo eobter também um ganho qualitativo dosistema como um todo. Não basta apenas

pensar em barramento de campo, deve-seestar atento aos benefícios gerais que umsistema de automação e controle possaproporcionar.

A revolução da comunicação indus-trial na tecnologia da automação está reve-lando um enorme potencial na otimizaçãode sistemas de processo e tem feito umaimportante contribuição na direção damelhoria no uso de recursos. Veremos aseguir alguns detalhes e redes industriais

Redes IndustriaisParte 1

As Redes de Comunicação Indus-trial têm um papel fundamental paraas indústrias em geral. Hoje, a auto-mação extrapola o chão de fábrica echega ao mundo dos negócios. Nes-ta primeira parte do artigo, veremosa importância e o papel das redesindustriais. Será abordado tambémsobre o padrão de rede PROFIBUS esuas 3 variantes, confira!

César Cassiolato

F1. A automação extrapola oslimites de chão de ábrica.

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que fornecerão uma explicação detalhadade como estas redes agem como o elo deligação central no uxo de informaçõesna automação.

A tecnologia da informação tem sidodeterminante no desenvolvimento datecnologia da automação, alterando hie-rarquias e estruturas nos mais diversosambientes industriais assim como setores,desde as indústrias de processo e manu-fatura até prédios e sistemas logísticos. Acapacidade de comunicação entre dispo-sitivos e o uso de mecanismos padroni-zados, abertos e transparentes, são com-ponentes indispensáveis do conceito deautomação de hoje. A comunicação vem

se expandindo rapidamente no sentidohorizontal nos níveis inferiores ( eld level),assim como no sentido vertical integrandotodos os níveis hierárquicos. De acordocom as características da aplicação e docusto máximo a ser atingido, uma combi-nação gradual de diferentes sistemas decomunicação oferece as condições ideaisde redes abertas em processos industriais.

Analisando a figura 2 , vemos queno nível de atuadores/sensores existemalgumas redes industriais, onde podemos

citar a AS-Interface (AS-i) onde os sinais

binários de dados são transmitidos viaum barramento extremamente simples ede baixo custo, juntamente com a alimen-tação (24 Vdc) necessária para alimentarestes mesmos sensores e atuadores. Outracaracterística importante é que os dadossão transmitidos ciclicamente, de umamaneira extremamente e ciente e rápida.Veremos mais detalhes posteriormente.

No nível de campo, a periferia dis-tribuída, tal como módulos de Entrada/Saída (E/S), transdutores, acionamentos(drives), válvulas e painéis de operaçãocomunicam-se com sistemas de automa-ção via um e ciente sistema de comuni-cação em tempo real (PROFIBUS- DP ouPA, Foundation Fieldbus, HART, etc.).A transmissão de dados do processo ediagnósticos é efetuada ciclicamente,enquanto alarmes, parâmetros e tambémdiagnósticos são transmitidos aciclica-mente, somente quando necessário.

No nível de célula, os controladoresprogramáveis, tais como CLPs e PCscomunicam-se uns com os outros, o querequer grandes pacotes de dados e umgrande número de funções poderosas decomunicação. Além disto, uma integraçãoe ciente aos sistemas de comunicaçãocorporativos existentes, tais como: Intra-net, Internet e Ethernet é um requisito

absolutamente mandatório, o que váriasredes podem suprir. A rede PROFInet,HSE (High Speed Ethernet), Ethernet IP,suportam dispositivos de campo simplese aplicações de tempo crítico, bem comoa integração de sistemas de automaçãodistribuídos baseados em componentes.Veja atabela 1 .

Nos últimos anos temos acompa-nhado que os mercados de instrumen-tação e automação vêm demandandoequipamentos de campo (transmissoresde pressão e temperatura, conversores,

Volume de Dados Tempo de Transmissão Frequência de TransmissãoEnterprise Level MBytes Hora / Minuto Dia / TurnoCell Level KBytes Segundos Horas / MinutosField Level Bytes 100ms … 100 ms 10 … 100 msSensor Level Bits 1 … 10 ms Milissegundos

F2. Níveis da pirâmidede automação.

T1. Requisi-tos de comu-

nicação desistemas de

automaçãoindustrial.

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posicionadores, atuadores, controladores,etc.) com alta performance, con abilida-de, disponibilidade, recursividade, etc.,com a intenção de minimizar consumos,reduzir a variabilidade dos processos,proporcionar a redução de custos ope-racionais e de manutenção, assim como

garantir a otimização e melhoria continuados processos.

Por outro lado, os microprocessadores/microcontroladores estão se tornando maispoderosos e mais baratos e, os fornecedo-res na instrumentação vêm respondendoàs demandas dos usuários por mais emelhores informações em seus processos.

A tecnologia digital é rica no forneci-mento de informação, não somente per-tinente ao processo, mas em especial dosequipamentos de campo. Desta forma,

condições de autodiagnoses podem pou-par custos operacionais e de manutenção,principalmente em áreas classificadas(perigosas) ou mesmo em áreas de difícilacesso. Da própria sala de controle pode--se ter uma visão geral do sistema e aindacom ferramentas baseadas em Internet,a qualquer hora e de qualquer lugar.Através de um gerenciamento destasinformações vindas do campo, pode-seselecionar convenientemente os dadospara se atingir os objetivos de produção,

direcionando as informações às pessoase/ou departamentos corretos e agindo demaneira a melhorar os processos.

Percebe-se aqui que todas estas evolu-ções tecnológicas e a consolidação das re-des industriais fazem com que os sistemasde automação e controle, equipamentosde campo, controladores, etc., possamassumir funções antes inimagináveis,como o controle de contínuo e discreto,tempos de varreduras menores, arqui-teturas redundantes, gerenciamento e

tráfego de informação, disponibilidade deinformações para IHMs, Internet, geraçãode relatórios, gerenciamento de ativos,altos níveis de segurança, etc. Tudo isso,aliado à con abilidade industrial tanto dehardware quanto de software.

Não resta dúvida que hoje não é so-mente a condição de controle que importa.A gestão da informação, a inteligênciada instrumentação, a tecnologia verda-deiramente aberta e não proprietária, os

benefícios da tecnologia digital são o queagregam valores ao usuário.

Que atualização um sistema conven-cional pode ter nos próximos anos? Quecapacidade de expansão vai permitir? Oportfólio de aplicações oferecidas pelosfornecedores com um sistema digital aber-to aumentou bastante nos últimos anos,incluindo redes digitais abertas, áreas

como gerenciamento de ativos, controle baseado em blocos funcionais, otimizaçãoem tempo real, MES (gestão de negócios),ferramentas de gerenciamento de perfor-mance em tempo real, gerenciamento dealarme, e muitas outras.

Hoje o usuário deve estar atento eespeci car sempre um sistema de auto-mação aberto com possibilidade de diag-nósticos, maior tolerância a falhas, blocosde funções, FFBs (Blocos Flexíveis), conec-tividade OPC e com diversos protocolos,

e uma série de outras características queo torna um sistema de controle completoe não um simples barramento de comu-nicação com integrações proprietárias. Aescolha nas principais plantas industriaisdeve-se às funções de controle de processoque permitem agregar informações quepossam trazer benefícios nas tomadasde decisões, garantindo a excelênciaoperacional.

Os Sistemas Verdadeiramente Aber-tos utilizam tecnologias abertas que se

integram perfeitamente ao hardware,ao mesmo tempo em que dão liberdadepara conectar-se com software e hardwarede outros fabricantes. Os usuários têm aliberdade para escolher os componentese até mesmo construir o seu própriosistema.

A flexibilidade e a capacidade deexpansão da arquitetura de um sistemaaberto e digital possibilitam recon gura-ções e expansões para atender as novascondições de processo sem grandes rein-

vestimentos. Tecnologias modernas pos-sibilitam respostas rápidas às mudançasnas condições de mercado.

Vale lembrar que em termos de exce-lência operacional qualquer segmento in-dustrial vem sofrendo constantes pressõespara alcançar a excelência operacional,objetivando garantir sua competitividade.Excelência operacional signi ca otimizar edinamizar os processos através da análisede dados em tempo real, facilitando atomada de decisão, de forma inteligente,

estratégica e em todos os níveis da organi-

zação. Ao usar a tecnologia digital pode-ster os processos aprimorados, pode-segerenciar de maneira mais e ciente asoperações da planta.

Como um exemplo de Sistema Aber-to, temos o System302 da Smar: www.

system302.com.br . O System302 é umsistema baseado em tecnologias que com- binam SDCDs e CLPs/SCADA.

Seguramente devido a várias van-tagens da tecnologia digital e de redesabertas, o SDCD tradicional não é mairecomendado em novos projetos oumesmo em expansões, pois os altos cus-tos de substituição dos instrumentos e aobsolência do sistema de controle podemabreviar a vida útil. Nestes casos o sistemde automação tem que ser moderno e ver-dadeiramente aberto, deixando o usuário

confortável nos próximos 15 a 20 anos.No mercado atual globalizado, a busca de uma vantagem tecnológica quepermita ao seu usuário competir de umamaneira e caz, manter-se de uma maneirasustentável, obter lucro e reinvestir no seunegócio, a automação industrial passou aser item básico desse processo. No ramoda indústria, a otimização de recursosfaz-se imprescindível. As inovações nárea de processo em si são poucas, candpara as áreas de controle de processo a

responsabilidade na redução de custos. Oentendimento dos processos de inovaçãona automação com os sistemas digitaise de redes abertas podem ajudar a nossituarmos no contexto atual, identi candoas inovações que podem agregar valorà cadeia produtiva. Notadamente nosúltimos anos, com o avanço na eletrônicadigital, passamos a ter novas ferramentasnas áreas de controle de processo e manu-tenção que estão associadas com sistemasde comunicação baseados em protocolos

abertos de redes industriais.A seguir veremos algumas redesindustriais.

Classificação Geral dasRedes Industriais

De acordo com a gura 3 , podemoster várias classi cações das redes indus-triais.

Um ponto importante é diferenciarentre a rede de informação, a rede decontrole e a rede de campo. A rede de

informação representa o nível mais

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elevado dentro de uma arquitetura. Emgrandes corporações é natural a escolhade um backbone de grande capacidadepara interligação dos sistemas ERP(Enterprise Resource Planning ), SupplyChain (gerenciamento da cadeia de su-primentos) e EPS (Enterprise Production

Systems).A função da rede de controle é inter-ligar os sistemas industriais de nível 2 ousistemas SCADA aos sistemas de nível1, representados por CLPs e remotas deaquisição de dados. É possível tambémque equipamentos de nível 3, tais como,sistemas PIMS e MES estejam ligados aeste barramento. Atualmente, o padrãomais recomendado é o Ethernet 100 Base-T.

A função da rede de campo é ga-rantir a conectividade entre os diversos

dispositivos atuantes diretamente no“chão de fábrica”, isto é o nível 1, sejameles dispositivos de aquisição de dados,atuadores ou CLPs.

As redes de campo são sistemas decomunicação industrial que usam umaampla variedade de meios físicos, comocabos de cobre, bras ópticas ou sem o,para acoplar os dispositivos de campo aum sistema de controle ou um sistemade gerenciamento. Observe agura 4 .

Visando a minimização de custos e

o aumento da operacionalidade de umaaplicação introduziu-se o conceito de redeindustrial para interligar os vários equi-pamentos de uma aplicação. A utilizaçãode redes e protocolos digitais prevê umsigni cativo avanço nas seguintes áreas:

• Custos de instalação, operação emanutenção

• Procedimentos de manutençãocom gerenciamento de ativos

• Fácil expansão e upgrades• Informação de controle e quali-

dade• Determinismo (permite deter-minar com precisão o temponecessário para a transferência deinformações entre os integrantesda rede)

• Baixos tempos de ciclos• Várias topologias• Padrões abertos• Redundância em diversos níveis• Menor variabilidade nas medições

com a melhoria das exatidões

• Medições multivariáveis.

A opção pela implementação desistemas de controle baseados em redesrequer um estudo para determinar qualo tipo de rede que possui as maioresvantagens de implementação ao usuário

nal, que deve buscar uma plataformade aplicação compatível com o maior

número de equipamentos possíveis.

PROFIBUSO PROFIBUS é um padrão de rede de

campo aberto e independente de fornece-dores, onde a interface entre eles permiteuma ampla aplicação em processos, ma-nufatura e automação predial. Esse pa-drão é garantido segundo as normas EN

50170 e EN 50254. Desde janeiro de 2000,

F3. Classi cação Geralde Redes Industriais.

F4. Cenário das redesindustriais.

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o PROFIBUS foi rmemente estabelecido

com a IEC 61158, ao lado de mais seteoutros eldbuses. A IEC 61158 está divi-dida em sete partes, nomeadas 61158-1 a61158-6, nas quais estão as especi caçõessegundo o modelo OSI. Nessa versãohouve a expansão que incluiu o DPV-2.Mundialmente, os usuários podem agorase referenciar a um padrão internacionalde protocolo aberto, cujo desenvolvimen-to procurou e procura a redução de custos,

exibilidade, con abilidade, segurança,orientação ao futuro, atendimento às mais

diversas aplicações, interoperabilidade emúltiplos fornecedores.No nível de célula, os controladores

programáveis, como os CLPs e os PCs,comunicam-se entre si, requerendo,dessa maneira, que grandes pacotes dedados sejam transferidos em inúmeras epoderosas funções de comunicação. Alémdisso, a integração e ciente aos sistemasde comunicação corporativos existentes,tais como: Intranet, Internet e Ethernetsão requisitos absolutamente obrigató-

rios. Essa necessidade é suprida pelos

protocolos PROFIBUS FMS e PROFINet.

Acompanhe a gura 5 .O PROFIBUS, em sua arquitetura, estádividido em três variantes principais:

PROFIBUS-DPO PROFIBUS- DP é a solução de alta

velocidade ( high speed) do PROFIBUS.Seu desenvolvimento foi otimizado es-pecialmente para comunicações entres ossistemas de automações e equipamentosdescentralizados. Voltada para sistemasde controle, onde se destaca o acesso

aos dispositivos de I/O distribuídos. Éutilizada em substituição aos sistemasconvencionais 4 a 20 mA, HART ou emtransmissão com 24 volts. Utiliza-se domeio físico RS-485 ou bra ótica. Requermenos de 2 ms para a transmissão de 1Kbyte de entrada e saída, e é amplamenteutilizada em controles com tempo crítico.

Atualmente, 90% das aplicações en-volvendo escravos Pro bus utilizam-sedo PROFIBUS- DP. Essa variante estádisponível em três versões: DP-V0, DP-V1

e DP-V2. A origem de cada versão aconte-

ceu de acordo com o avanço tecnológico

e a demanda das aplicações exigidas aolongo do tempo.Figura 6 .

PROFIBUS-PAO PROFIBUS PA é a solução PROF-

BUS para a automação de processos, ondse tem a conexão de sistemas de automaçãoe sistemas de controle de processo comequipamentos de campo, tais como: trans-missores de pressão, temperatura, conver-sores, posicionadores, etc. Pode ser usadaem substituição ao padrão 4 a 20 mA.

O PROFIBUS- PA permite a mediçãocontrole por uma linha a dois os simplestambém alimentar os equipamentos decampo em áreas intrinsecamente segurasAlém disso, permite a manutenção e aconexão/desconexão de equipamentos atémesmo durante a operação sem interferirem outras estações em áreas potencial-mente explosivas. O PROFIBUS- PA fdesenvolvido em cooperação com os usu-ários da Indústria de Controle e Processo(NAMUR), satisfazendo as exigência

especiais dessa área de aplicação:

F5. Exemplo de uma rede Pro bus com asvariantes Pro bus- DP e Pro bus-PA.

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• O per l original da aplicação paraa automação do processo e intero-perabilidade dos equipamentos decampo dos diferentes fabricantes.

• Adição e remoção de estações de barramento s mesmo em áreasintrinsecamente seguras sem in u-

ência para outras estações.• Uma comunicação transparenteatravés dos acopladores do segmen-to entre o barramento de automaçãodo processo PROFIBUS- PA e do

barramento de automação indus-trial PROFIBUS-DP.

• Alimentação e transmissão dedados sobre o mesmo par de os, baseado na tecnologia IEC 61158-2.

• Uso em áreas potencialmente explo-sivas com blindagem explosiva tipo

“intrinsecamente segura”, ou “semsegurança intrínseca”.As conexões dos transmissores, con-

versores e posicionadores em uma redePROFIBUS DP são feitas por umcoupler DP/PA. O par trançado a dois os é utili-zado na alimentação e na comunicação dedados para cada equipamento, facilitandoa instalação e resultando em baixo custode hardware, menor tempo para iniciação,manutenção livre de problemas, baixocusto do software de engenharia e alta

con ança na operação.A arquitetura e a loso a do protoco-lo PROFIBUS asseguram a cada estaçãoenvolvida nas trocas de dados cíclicosum tempo su ciente para a execução desua tarefa de comunicação dentro de umintervalo de tempo definido. Para issoutiliza-se do procedimento de passagemde “ token”, usado por estações mestresdo barramento ao comunicar-se entre si,e do procedimento mestre- escravo paraa comunicação com as estações escravas.

A mensagem de “ token” (um frame espe-cial para a passagem de direito de acessode um mestre para outro) deve circular,sendo uma vez para cada mestre dentrode um tempo máximo de rotação de nido(que é configurável). No PROFIBUS, oprocedimento de passagem do “ token” éusado somente para comunicações entreos mestres. Atente para asguras 7 e 8 .

O procedimento mestre- escravo pos-sibilita ao mestre que esteja ativo (o quepossui o “ token”) acessar os seus escravos(através dos serviços de leitura e escrita).

F6. Versões doPro bus.

F7. ComunicaçãoMulti- Mestre.

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PROFInet

O PROFInet é uma rede padronizadapelo PROFIBUS International de acordocom a IEC 61158-5 e a IEC 61158-6. É umadas quatorze redes de Ethernet industrial.Basicamente, há dois tipos de redes PRO-FInet: PROFInet IO e PROFInet CBA. OPROFInet IO é utilizado em aplicaçõesem tempo real (rápidas) e o PROFInetCBA em aplicações onde o tempo não écrítico, por exemplo, na conversão pararede PROFIBUS-DP.

O PROFInet é um conceito de auto-

mação compreensível que emergiu como

resultado da tendência na tecnologia deautomação para máquinas reusáveis emodulares em plantas com inteligênciadistribuída. Suas particularidades atendempontos-chaves das demandas da tecnologiade automação:

• Comunicação consistente entre os

diversos níveis de gerenciamentodesde o campo até os níveis corpo-rativos usando Ethernet.

• Uma grande quantidade de fabrican-tes em um protocolo e sistema aberto;

• Utiliza padrões IT;• Integração em sistemas PROFIBUS

sem mudanças dos mesmos.O PROFInet foi definido de acordo

com o Physical Layer ISO/IEC8802-3seu DataLink Layer de acordo com TCPUDP/IP/Ethernet da ISO/IEC8802-3. S

principal enfoque, e aí se deixa claro asdiferenças ante o mercado comum de re-des Ethernet, é a aplicação do conceito dobjetos já em uso e testados em softwarede tecnologias de automação. Seguindoesta ideia, máquinas e plantas podemser divididas em módulos tecnológicos,cada um deles com suas característicase compromissos mecânicos, elétricos/eletrônicos e softwares de aplicação. Cadmódulo é então encapsulado de acordocom componentes PROFInet e podem

ser acessados via interfaces universais,e ainda podem ser interconectados emvárias aplicações. Entenda o conceito dcomponentes como a ideia de reutilizaçãode unidades de software. Neste sentido oPROFInet utiliza-se de componentes COM(Component Object Model) e sua expansãoo DCOM (Distributed Component Object Model) para sistemas distribuídos. Sendoassim, todos os objetos são idênticos possuem as mesmas aparências.

Este tipo de sistema de automação

distribuído habilita projetos modulares demáquinas e plantas com suporte a reutili-zação de partes de máquinas e plantas. Istogarante a interoperabilidade e a reduçãode problemas. A integração de segmentoPROFIBUS em PROFInet é feita utilizandimplementações proxies , o que garante queo espectro todo de produtos PROFIBUpode ser implementado sem mudanças,garantindo ao usuário a proteção máximaaos seus investimentos. Além disso a tec-nologia Proxy permite a integração comoutros eldbuses. Veja asguras 9, 10 e 11 .

F8. ComunicaçãoMestre- Escravo.

F9. Criação e interconexãode componentes.

F10. Estrutura de dis-positivo PROFInet.

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F11. Modelo demigração PROFInet.

F12. PROFInet tem três modelosdistintos de operação.

F13. Proxy PROFInet/PROFIBUS-DP ePROFInet/HART, PROFInet/FF.

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O PROFInet tem três modelos distintode operação, sendo dois deles para temporeal. Observe a gura 12 .

O primeiro modelo é baseado na ar-quitetura TCP/IP pura, utilizando Ethernetna camada 1 e 2, o IP na camada 3 e o TCou UDP na camada 4. Essa arquitetura échamada de Non-real time (Non-RT ), poisseu tempo de processamento se aproximados 100 ms. A grande aplicação nesse tipde comunicação é de con guração da redou na comunicação com os Proxies, util-zando o PROFInet CBA. Os Proxies sãconversores de protocolos (por exemplo,de PROFInet para PROFIBUS-DP, ou dPROFInet para HART, FF, etc.), conformmostrado na gura 13 .

O segundo modelo baseia-se no cha-mado Soft Real Time(SRT ) e caracteriza-se

por ser um canal direto entre a camada daEthernet e a aplicação. Com a eliminaçãde vários níveis de protocolo, há umaredução no comprimento dos telegramastransmitidos, requerendo menos tempo detransmissão de dados na rede. Neste casopode-se utilizar os dois tipos de PROFIneIO e CBA.Figura 14 .

O terceiro modelo baseia-se no conceitde Isochronous Real Time(IRT ), para aplica-ções em que o tempo de resposta é crítico edeve ser menor do que 1 ms. Um exemplo

típico de aplicação neste caso é o controlede movimento de robôs, onde o tempo deatualização de dados deve ser curto. Utiliza--se apenas o PROFInet IO para esse caso.

O PROFInet foi desenvolvido em seumodelamento de forma a proporcionar oacesso às informações de dados, via ser-viços padrões de WEB.Figura 15 .

Além disso, a tecnologia do PROFInepermite fácil integração com sistema ME( Manufacturing Execution Systems ).Figura 16.

ConclusãoAs Redes de Comunicação Industrialtêm um papel fundamental para as indús-trias em geral. Hoje, a automação extrapolo chão de fábrica e chega ao mundo dosnegócios. Vimos nesta parte do artigo, umpadrão de rede aberto, suas características juntamente com suas variantes.

Na próxima parte, veremos um proto-colo de comunicação digital bidirecionalque permite a interligação em rede de vá-rios equipamentos diretamente no campo,

o Foundation Fieldbus. Não perca!

14. PROFInet CBA e IO provendo máximafexibilidade às aplicações.

15. O acesso às in ormações de dados do PROFIneté possível via serviços padrões de WEB.

F16. PROFInete o MES.

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Eletrônica AplicadaTelecomunicações

N a tabela 1 temos os diversos tiposde antenas que são usados nastransmissões de TV e FM. Con-centraremos a nossa análise nos

modelos de antenas mais comuns, utiliza-dos em sistemas de transmissão de radio-difusão (Televisão e Rádio FM), assim, nãotrataremos neste texto de antenas de AM.

Embora o conceito de antena tambémpossa ser aplicado a arranjos (ou agru-pamentos) de antenas, neste momentofocalizaremos a atenção nas propriedadesdas antenas tomadas individualmente.

A conceituação dos diversos tiposde antenas é muito ampla e neste textoadotaremos uma divisão bastante sim-pli cada (mas não menos abrangente) emduas grandes famílias ou tipos de antenasonde podem ser classi cadas as antenasque desejamos estudar.

Antenas de condutores lineares, ousimpli cadamente antenas lineares, que

Tipos de Antenase suas Propriedades

P a r t e 1

Os sistemas de telecomunicaçõesutilizam diversos tipos de antenas.Suas características fazem com queexistam tipos mais apropriados para cada aplicação. O profissional que precisa escolher uma antena

para uma aplicação deve conhecer essas características, e é justamentedelas que trataremos neste artigo. Oenfoque será dado principalmente para as antenas com aplicações emsistemas de TV e FM, mas os concei-tos são válidos para outros tipos deaplicações. Este artigo é feito combase em material fornecido pela

Trans-Tel. Dada a quantidade detipos de antenas, ele será divididoem duas partes.

têm a propriedade de apresentarem adimensão transversal dos elementos con-dutores que radiam RF como uma fração(número << 1) do comprimento de ondda frequência de operação.

Por exemplo, em FM na frequência d100 MHz, o comprimento de onda é de metros (ou 3000 mm), a seção transvers

de um anel de FM em linha rígida de 15/8” (= 41,3 mm) vale 0,01376 comprimtos de onda. Esta matemática, quandosatisfeita, permite simpli car a análiseda antena em termos eletromagnéticos eaproximar as correntes que circulam naantena como sendo apenas correntes denatureza linear e unidimensionais, facilitando sobremaneira a determinação dasequações de campo e as propriedades deradiação da antena em análise.

Nesta categoria de antenas de condu-

tores lineares recaem os tipos de antenasconhecidas como: yagi, log periódica, pa

Dante J. S. Conti

TV FM

Antenas Lineares

Yagi-Uda Yagi-UdaLog-Periódica Log-PeriódicaPainel Dipolos MO/OC/X Painel Dipolos MO/OC/XPainel H (Duplo Delta) Anel (ciclóide)Superturnstile (Batwing) Seta

Antenas de aberturaParabólica ParabólicaSlot

F1. Antena linear Yagi-Uda:oto e especifcações.

T1. Tipos de antenaspara TV e FM.

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nel de dipolos (MO=meia onda, OC=ondacompleta, X = dipolos cruzados), painelH (ou duplo delta),superturnstile , anel deFM, seta de FM.

Antenas de abertura, por sua vez,estabelecem um mecanismo de radiaçãode energia de RF onde as correntes se

distribuem em uma área ou abertura noespaço que determina campos eletro-magnéticos de natureza mais complexa,sendo mais difíceis de serem analisadosmatematicamente quando comparadosao caso anterior.

Para o caso de antenas de abertura, oque se faz é determinar as propriedadesdos campos elétrico e magnético na aber-tura de radiação da antena e a partir daídeterminar as demais propriedades deradiação da antena em análise.

Nesta categoria de antenas de aberturarecaem os tipos de antenas conhecidascomo: parabólica eslot (ou antena defendas).

A fgura 1 mostra a foto deste tipo deantena linear, onde se identi cam o dipolodobrado (elemento que está conectado nalinha de transmissão) e os demais elemen-tos parasitas, chamados de re etor (atrásdo dipolo) e diretor (a frente do dipolo).

A antena Yagi pode ser implementa-da nas faixas de VHF e UHF, operando

segundo a orientação mecânica dos seuselementos em polarização linear horizon-tal ou linear vertical, mediante a incorpo-ração de uma segunda antena dispostamecanicamente a 90 graus e alimentadaem quadratura de fase (defasada em 90graus elétricos) com a primeira.

A antena Yagi também pode ser im-plementada para operação em polarizaçãocircular.

Os ganhos obtidos com este tipo deantena variam entre 3 e 16 dBd, e quanto

maior for a quantidade de elementos,maior será o ganho e vice-versa. Noteainda que quanto maior o ganho, me-canicamente maior e mais pesada será aantena bem como maior a área de expo-sição ao vento.

As antenas Yagi são eminentementeantenas de faixa estreita (operação mo-nocanal) e dedicadas à aplicação no modode recepção em 75 ohms e no modo detransmissão em 50 ohms com potências,via de regra, não superiores a 100 Wunitariamente. F3. Propriedades de uma antena

Yagi VHF com 4 elementos.

F2. Propriedades de uma antena Yabi UHF com 22 elementos:especifcações e diagramas de radiação.

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As fguras 2 e 3 ilustram as especi -cações de dois projetos de Yagi: na gura2 temos uma antena com 22 elementopara UHF e na gura 3 uma antena com4 elementos para VHF.

Nessas figuras, o diagrama polar re-presenta o corte de azimute do diagrama

3D e os diagramas retangulares (abaixo e esquerda) representam o corte de elevaçãodo diagrama 3D, sendo o diagrama 3D daantena apresentado no canto inferior direito

Com relação aos diagramas retangu-lares, o primeiro mostra o setor angular[0,180] onde 0 graus representa o ângultheta tomado sobre o eixo z (ou apontandopara o céu). 90 graus representa o ângulotheta tomado sobre o eixo x (apontandopara a linha do horizonte) e 180 grausrepresenta o ângulotheta tomado sobre o

eixo z (ou apontando para o solo).O segundo diagrama retangular é um“zoom” ou corte ampliado do primeirodiagrama retangular ao redor da linha dohorizonte. Note que, neste caso, a nomenclatura dos ângulos foi modi cada onde0 graus representa a linha do horizonte,-15 graus representa o ângulo 15 grausacima da linha do horizonte e +45 graurepresenta o ângulo 45 graus abaixo dalinha do horizonte.

Ainda nestas guras, o termo HPBWH

identi ca o setor angular de meia potênciade Azimute (ou do diagrama horizontal)HPBWV identi ca o setor angular de meiapotência de Elevação (ou do diagramavertical) e F/C a relação frente - costem dB. Repare como estes parâmetrovariam em cada Yagi e como existe umacorrespondência entre estes parâmetros eo “desenho” dos diagramas polar, retan-gular e 3D apresentados.

A fgura 4 apresenta a foto deste tipode antena (Log-Periódica), onde se iden

ti cam o membro estrutural horizontalda antena compreendido por duas partesem paralelo (per l quadrado neste caso),e elementos tipo “dipolos” ligados a cadamembro estrutural formando pares inter-calados, sendo a conexão à linha de transmissão feita na parte posterior da antena

O termo Log-Periódica tem origemna propriedade deste tipo de antenaexibir características de radiação que sãorepetitivas (ou periódicas) em funçãodo logaritmo da frequência de operaçãodentro de uma faixa de funcionamento.

F4. Antena Log-Periódica:Foto e especifcações.

F5. Propriedades da antena Log-Periódicapara operação em banda III de VHF.

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Trata-se portanto de uma antena tipofaixa larga e, ao contrário da Yagi, indi-cada para operação multicanal quer sejano modo de recepção em 75 ohms ou nomodo de transmissão em 50 ohms compotências, via de regra, não superiores a100 W unitariamente.

A antena Log-Periódica pode serimplementada nas faixas de VHF e UHF,operando segundo a orientação mecânicados seus elementos em polarização linearhorizontal ou linear vertical, mediantea incorporação de uma segunda antenamecanicamente a 90 graus e alimentadaem quadratura de fase (defasada de 90graus elétricos) com a primeira. A antenaLog-Periódica pode ser implementadapara operação em polarização circular.

Os ganhos obtidos com este tipo de

antena variam entre 6 e 10 dBd, e quantomaior for a quantidade de elementos, maiorserá o ganho e vice-versa, note ainda quequanto maior for o ganho mecanicamente,maior e mais pesada será a antena bemcomo maior a área de exposição ao vento.As curvas de projeto para este tipo de antenatendem às assíntotas para ganhos maioresdo que 10 dBd, tornando-as extremamenteine cientes em termos de custo-benefício(quantidade de elementos / ganho).

Antenas tipo Log-Periódica fazem parte

de uma família extensa de antenas conhe-cidas como “independentes da frequência”e apresentam a virtude de serem soluçõesfaixa larga, evidentemente mais onerosas doque soluções monocanal (Yagi, por exem-plo), porém mais e cientes para utilizaçãoem sites de recepção onde os azimutes deorientação estejam compreendidos dentrodo HPBWH ou emsitesde transmissão ondenão se tenha um conhecimento , a priori, docanal de operação mas exista conhecimentoda banda de operação do sistema.

A fgura 5 exibe as propriedades deuma antena projetada para operação em banda III de VHF, com os respectivosdiagramas de radiação e guras de mérito.

ConclusãoAs antenas que vimos nesta primeira

parte do artigo são as de uso indepen-dente da frequência. No entanto, tambémexiste a possibilidade das antenas seremusadas em conjunto, formando painéis. Édesse assunto que trataremos na segunda

parte do artigo.E

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F1. Módulo do rádio MU-2, de 434 MHz,representado num diagrama de blocos.

O Código Reed-SolomonEsse código foi desenvolvido em 1960

por Irving S. Reed e Gustave Solomon. Eleé um tipo de código BCH baseado noscampos nitos de Galois. Ele é frequen -

temente usado em CDs ( compact discs),transmissão de televisão digital terrestre,comunicações por satélite e em outrasaplicações. No início do seu desenvolvi-mento, ele conseguia decodi car apenasum erro, mas desde então, métodos comoBerlekamp decodinge Euclidean decoding foram criados para a correção de múlti-plos erros. Uma vez que cada palavra decódigo é processada individualmente, eleé particularmente conveniente para errosde dados contínuos ( burst errors ) sofridos

pelos equipamentos de rádio móveis.

Correção de Erro no Modem MU-2-R

O efeito do códigoReed-SolomonTsunehiro Yamabe

Tradução: Eutíquio Lopez

Os efeitos da correção deerro no MU-2-R

As fguras 1 e 2 mostram o módulo dorádio MU-2, da Circuit Design. Esse móduloutiliza a interface UART, de modo que a

conexão com a UART da CPU (RS-232C) ésimples. O MU-2-R usa correção de erro nível4 tipo Reed-Solomon reduzida [RS(40,32;4)].Ele tem, também, um modo que combinadocom interleaving (intercalação), aumenta arecuperação para 25% (10% sem interleaving ).

A fgura 3 é uma imagem de osciloscópiodo impacto de efeitos multipath (múltiplastrajetórias), quando o MU-2 se move nas pro -ximidades – em um modo sem correção deerro. Os sinais mostrados são, de cima para

baixo, a forma de onda analógica recebida,

a RSSI recebida, e a saída de dados recebida

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F2. Módulo do rádio MU-2 / Detalhamentodos blocos internos.

(UART). O cursor visto no local da forma deonda - RSSI indica a posição de -130 dBm.

O transmissor envia os dados repeti-damente em intervalos regulares, de talforma que a saída dos dados recebidos seráarranjada em intervalos regulares também.Neste exemplo, no meio das telas exibidas

nas fguras 3 e 4 , cerca de 3,1ms dos dadosrecebidos foram perdidos e, durante essetempo, a saída recebida não foi recuperada.

A fgura 5 mostra uma imagem de os-ciloscópio do impacto de efeitos multipath(múltiplas trajetórias), quando o módulo édeslocado nas proximidades – em um modocom correção de erro. Neste caso, no meiodas telas vistas nas fguras 5 e 6 , aproxima-damente 5,25ms dos dados recebidos foramperdidos, mas durante esse tempo a saídarecebida foi recuperada normalmente. Isso

demonstra a e ciência da correção de erro.Esses exemplos mostram a correção de

burst errors (erros contínuos), mas para osrandom errors (erros aleatórios) nós con rma -mos um ganho de codi cação de 3dB em ummodo sem interleaving (ou de 5dB com ummodo intercalado).

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F3. Impacto dos e eitos multipath– sem correção de erro.

F4. Vista com zoom do eixodos tempos da fgura 3.F6. Vista do eixo dos tempos

da fgura 5 com zoom.

F5. Impacto dos e eitos multipath– com correção de erro.

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http://slidepdf.com/reader/full/se461web 42/6842 I SABER ELETRÔNICA 461 I Maio/Junho 2012

Microcontroladores

Com baixíssimas potências (ultra-low-power), a Texas Instruments (TI)corta o consumo de energia de microcontroladores em 50% com a sua nova plataforma de MCUs “Wolverine”.

Nova plataforma de Microcontroladores

“Wolverine”Autor: Jacob Borgeson

Tradução: Eutíquio Lopez

Batizada internamente de “Wolve-rine” por sua agressiva tecnologia

de economia de energia, esta novaplataforma de microcontroladoresMSP430 de ultrabaixa potência oferece umconsumo 50% inferior a qualquer MCUdo segmento (360 nA em modo RTC(real--time-clock),e menos de 100mA/MHz emmodo ativo).

Com a plataforma MCU “Wolverine”, aempresa criou uma nova geração da arqui-tetura MSP430 (veja afigura 1) .

A TI conseguiu ganhos de potência im-pressionantes com esta plataforma através

de sua nova tecnologia de fabricação ULL(ultra-low-leakage) de 130 nm, integrada pormemória não volátil de baixa potência e umDNA melhorado para o MSP430, com umcontrole de potência avançado e circuitosanalógicos de precisão de baixa potência.A seguir, os principais ganhos alcançados:

• Potência ativa tão baixa quanto 100mA/MHz;

• Standby <400 nA com RTC e proteção brown-out;

• 250x menos energia por bit, usando

memória FRAM;• < 7ms para passar do modo standbypara o modo ativo de operação.

Tecnologia de fabricaçãoULL (ultra-low-leakage) de 130 nm

Considerando-se que os dispositivos de baixíssima potência (ultra-low-power) ficam99,9% do tempo em modostandby , a correntede fuga torna-se um fator preponderante nadeterminação da eficiência de potência nas

menores geometrias de fabricação.

O desafio para os projetos de baixapotência aumenta devido ao crescimento

exponencial da fuga do transistor com ocontínuo encolhimento dos comprimentosno gate(porta) é nos óxidos do gate.

Para os microcontroladores (MCUs), corrente de fuga começa a tornar-se significativa com nodos (nós) de processos dfabricação CMOS ≤ 180 nm. O processo defabricação da “Wolverine” é para 130 nm

Desde 1965, a conhecida Lei de Moorvem ditando o desempenho dechips etransistores. A tecnologia do processo dfabricação dos chips vem duplicando o

desempenho a cada 18 meses, durante osúltimos 30 anos.Para a plataforma “Wolverine” de

130 nm, a TI recuperou os ganhos da Lede Moore na dimensão de potência (emlugar de desempenho) usando circuitosprojetados para um rendimento otimizado,para correntes de fuga menores, e outrascaracterísticas inerentes ao Si.

O resultado obtido foi uma fuga mínima10x menor nos transistores individuais; euma redução total de 15% na potência ativa

quando comparado com outros processosCMOS de 130 nm (figura 2 ).

Alicerces das baixíssimaspotências

Para obter o máximo benefício da novtecnologia do processo de fabricação d130 nm, a TI redesenhou totalmente su biblioteca dekitsde ferramentas de projeto,focalizando na eficiência de potência emlugar do alto desempenho.

Os novos kits de ferramentas possuem

uma extensa lista de componentes analó

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http://slidepdf.com/reader/full/se461web 43/68Maio/Junho 2012 I SABER ELETRÔNICA 461 I 43

F1. A próxima geração da arquitetura MSP430 alcançando novos níveis de baixíssimapotência através do corte no consumo dos microcontroladores em mais de 50%.

F2. Com uma abordagem de “baixa fuga” as perdas de potência são mantidas baixas e, assim,aproveitam-se as vantagens da “potência ativa” obtidas pela escalada da tecnologia.

gicos para habilitar periféricos como con-versores analógico-digitais (ADCs) de altaprecisão e um controle interno de potênciapara reduzir drasticamente o consumo.Por exemplo, o portfólio do módulo “Wol-verine” inclui um ADC de 12 bits de altaprecisão que pode amostrar 200.000 vezes

por segundo, consumindo apenas 75mA.De forma semelhante, o módulo RTC (real--time-clock) dotado de calendário e alarmepode rodar com apenas 100 nA.

O processo de 130 nm de baixíssimafuga, combinado com a grande integraçãode sinais mixados, propicia para o sistema omenor consumo total de potência verificadoatualmente na indústria.

Controle avançadode potência

O uso de uma tecnologia avançadade controle de potência é essencial paraminimizar o consumo do MCU quandoele trabalha sob várias cargas de operação.

A arquitetura “Wolverine” oferece umaversão melhorada do módulo de controlede potência do MCU MSP430. Além desuportar sete modos de operação, o novomódulo é capaz de um avançado power gating (chaveamento de potência)e utilizaum regulador ajustável de alta sensibilidade.

O consumo total de potência de um

sistema é minimizado quando o tempoem que ele fica em standby é maximizado.Entretanto, existe um custo de potênciacada vez que o sistema chaveia entre osmodos standby e ativo. Especificamente,leva um tempo para que a tensão forneci-da aos circuitos alcance o nível esperado, bem como para reinicializar o subsistemaou periféricos para torná-los operacionaisnovamente. Durante esse tempo, os cir-cuitos consomem uma maior quantidadepotência sem realizar nenhum trabalho

útil. Veja afigura 3 .A “Wolverine” aplica uma abordagemdiferente para reduzir as perdas do sistema“ao despertar”. Tradicionalmente, o módulointeiro (ou algum periférico) é desligadoquando não está em uso. A nova plataformamelhora o rendimento de potência pelamanutenção do módulo ou periférico ativoem um “modo de retenção”, usando umcontrolador de power gating.Nesse modo, osmódulos ativos (ou aqueles que precisamde umclock) são mantidos totalmente ali-

mentados. Já os módulos inativos (ou sem

uso no momento) são alimentados apenasnos níveis de retenção, o que lhes permitedespertarem mais rapidamente do que emoutras arquiteturas.

O power gatingpode resultar em signifi-cativa economia de potência sem sacrifíciodo desempenho. Ele é transparente para osdesenvolvedores, permitindo-lhes usufru-írem da vantagem da maior eficiência de

potência sem a necessidade de controlarem

manualmente cada módulo ou periférico.Observe afigura 4 .

Outra importante capacidade exigidade um MCU de baixíssima potência é ahabilidade de responder rapidamente àsmudanças de carga da aplicação. Umasubstancial economia de potência pode serconseguida com uma tecnologia que reduzaa potência da CPU principal, quando seu

desempenho total não for exigido. Entre-

F3. Gráfico ilustrando a energia disperdiça-da quando um sistema comum é ligado.F4. S imples ideia visual da avançada capa-cidade de “power-gating” em ação.

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Microcontroladores

Data for FRAM, SRAM and Flash are representative of embedded memory performance within device.1 - Standalone EEPROM Write; 2 - Total power consumption

tanto, melhor que requerer dos desenvol-vedores o ajuste manual dessa potência, omódulo inteligente da “Wolverine” adaptaautomaticamente as mudanças de carga daaplicação, a exemplo do caso de conexão deum módulo de alta frequência (acompanhena figura 5 ).

Especificamente, o regulador LDO ajus-tável (low dropout regulator) que alimenta o

FRAM SRAM EEPROM FlashNon-volatileRetains data without power

Yes No Yes Yes

Write speeds (13 KB) 10ms <10ms 2 sec 1 1 secAverage active power (μA/MHz) 100 <60 50mA+1,2 260Write Endurance 100 trillion+ Unlimited 100.000 10.000DynamicBit-wise programmable

Yes Yes No No

Unified memoryFlexible code and data partitioning

Yes No No No

F5. O módulo de controle de potência inteligente da “Wolverine” adapta auto-maticamente as mudanças de carga da aplicação numa escalada transparente.

F6. A “Wolverine” detecta automaticamente as necessidades de corrente da aplicação e, então,ajusta dinamicamente o regulador LDO para casar a potência e as exigências de

clocking.

T1 . Comparação entre diversas tec-nologias de memória não volátil.

núcleo digital do MCU, responde às exigên-cias de mudança de potência pelo aumentode sua carga conforme seja necessário, demodo a maximizar o rendimento de potên-cia. (atente para afigura 6 ).

Com efeito, a “Wolverine” detecta au-tomaticamente as necessidades de corrente

da aplicação e fornece o “clock” e a potênciadevida, conforme seja requerido.

FRAM – MemóriaFerroelétrica deAcesso Randômico

Os microcontroladores, em geral, possuem no mínimo dois tipos de memóriasFlash para armazenar o código e SRAMpara os dados.

Tendo em vista que a memória Flashnão é utilizada no armazenamento de dadosdevido a algumas limitações como, poexemplo, lentidão para escrita, alto consume baixa durabilidade, a TI integrou um bide memória não volátil – FRAM – dentrda arquitetura da “Wolverine”.

A FRAM é semelhante à DRAM, exceque os seus dados são armazenados em umcrystal state , e não por um processo de cargaConsequentemente, ela tem acesso a leituraescrita e ciclos rápidos como uma memóri

dinâmica. Ela é, também, uma memória dacesso randômico, onde cada bit pode selido ou escrito individualmente.

A memória FRAM é muito mais eficientdo que a Flash (veja atabela 1 ).

Para a escrita, o Flash requer de 10 a 15 e um bombeamento de carga que adicionamais alguns milissegundos ao tempo decarga. É uma operação de múltiplos estágiosdurante a qual as interrupções devem serdesabilitadas.

Por outro lado, a FRAM requer apenas

1,5 V para a escrita. Combinado com tempode escrita 100x menores que os da Flash, sua energia de escrita ativa é até 250 vezemenor. A confiabilidade do sistema tambémé mantida sem acrescentar complexidade àprogramação, porque as interrupções po-dem ficar ativas durante as suas operações

A memória FRAM (com sua rápida velocidade de escrita e eficiência de potênciapode acessar 900x mais dados do que amemória Flash, se for utilizado um capacitocomparável. Isso auxilia os projetistas n

criação de sistemas mais simples, com o usde capacitores menores e mais econômicoO emprego da FRAM, entretanto,

interfere na forma como os sistemas sãoprojetados. A Flash tem uma duração limitada, da ordem de 100k escritas, após oque sua confiabilidade começa a degradar-se. Consequentemente, muitas vezes, oparâmetros do sistema são salvos na Flashsomente quando o sistema é desligado.

A duração efetivamente ilimitada daFRAM, da ordem de 1015ciclos de escrita,

permite aos projetistas repensarem em

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como armazenar melhor os parâmetrosdo sistema.

O “despertar” do sistema também émelhorado. Uma vez que nenhuma potênciaé necessária para armazenar e restaurar osdados entre sessões de “sono”, as aplicaçõespodem funcionar com menores configura-

ções de circuitos de alimentação reduzindoa complexidade e o custo dos sistemas.Outra capacidade importante da FRAM

refere-se à sua habilidade para funcionartanto como memória de programa quantocomo memória de dados, já que caracteriza--se por um rápido acesso de escrita e umadurabilidade efetivamente ilimitada.

A série MSP430FR58xx, a primeira comdispositivos baseados na “Wolverine”,disporá de 64 kB de memória e ofereceráaos projetistas total flexibilidade para eles

alocarem suas memórias entre código deprograma e dados. Além disso, a TI inte-grou uma unidade de proteção de memória(MPU) para evitar operações de dados deum código de sobre-escrita acidental, bemcomo de segmentos de código interrompidopara proteção de memória adicional.

Os dispositivos baseados na “Wolverine”também possuem um bloco de SRAM. Essamemória está disponível para aplicaçõesque requerem, verdadeiramente, a duraçãoilimitada da SRAM em certas operações.

Eficiência real deprocessamentoO corte do consumo de potência pelametade nas aplicaçõesultra-low-power émuito mais interessante, nos dias de hoje,do que dobrar a velocidade do processador.Ao aumentarem a rapidez do sistema paraatingir os estados de “sono” e “despertar”,os desenvolvedores podem prover maisprocessamento dentro de um mesmo perfilde potência durante o mesmo tempo e, assim,obterem um aumento real na velocidadede processamento. Isso dá a eles um maior

controle sobre o gerenciamento de potênciaem seus projetos.Os dispositivos “Wolverine” serão con-

sistentes com o software e as ferramentasexistentes para o MCU MSP430, permitindoaos projetistas alavancarem o extenso ecos-sistema desse microcontrolador. O hardware

construído no Si e a cadeia de ferramentasdisponível irão capacitar esses profissionaisa descobrirem o uso da energia em temporeal para perfis de potência exata, o queeliminará dúvidas quando forem estimaro consumo de potência de um sistema bemcomo seu tempo de vida real. A TI forne-

cerá, inclusive, ferramentas de otimizaçãodesenvolvidas para análise de código demodo a garantir a eficiência de potência.

ConclusãoA nova plataforma de MCUs “Wolveri-

ne”, da Texas Instruments, altera verdadeira-mente o cenário das baixíssimas potências(ultra-low-power) devido ao corte de 50% noconsumo total dos seus microcontroladores.Essa eficiência de potência, combinadacom os avanços obtidos pela tecnologia

harvesting de baixas potências, desloca aindústria mais um passo rumo a um mundolivre de baterias. Os primeiros dispositivos baseados nesta plataforma estarão na sérieMSP430FR58xx com disponibilidade progra-mada para junho de 2012. Mais informaçõesemwww.ti.com/wolverine . E

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Microcontroladores

S eguindo a tendência de mercadoe o avanço natural da tecnologia,o núcleo ARM Cortex-M4 possuium controlador de interrupções

avançado e de baixa latência, que o tornaideal para aplicações embarcadas altamentedependentes no tempo.

Desta forma, o entendimento das in-terrupções neste núcleo é primordial a um bom desenvolvimento.

O Cortex-M4 possui um controladorde interrupções chamado NVIC NestedVectored Interrupt Controller, capaz demanipular entre 1 e 240 vetores de interrup-ção cada qual com 255 níveis de prioridadepré-programadas, sendo o nível zero o demaior prioridade.

Destes 240 vetores, 15 são de uso donúcleo e os seguintes denominados “NON

CORE” dependem dos periféricos imple-mentados pelo fabricante.

O controlador deInterrupções NVIC

Principais características:• Interrupções determinísticas;• Repriorização dinâmica das inter-

rupções;• 1 interrupção externa não mascarada;• Até 240 vetores de interrupção;• Até 255 níveis de prioridade, sendo

o nível zero o de maior prioridade.

Registradores

NVIC_ISER0→ NVIC_ISER7Habilita interrupção e mostra quais

interrupções estão habilitadas.Veja a definição de seus bits nafigura 1 .Se no momento em que a interrupção

for habilitada o seu status estiver comopendente, a interrupção será habilitada deacordo com sua prioridade.

NVIC_ICER0→ NVIC_ICER7Desabilita interrupção e mostra quais

interrupções estão desabilitadas.Veja a definição de seus bits nafigura 2 .

NVIC_ISPR0 → NVIC_ISPR7Muda o estado de uma interrupção

para pendente.

Veja a definição de seus bits nafigura 3 .NVIC_ICPR0 → NCVIC_ICPR7

Muda o estado de uma interrupção paranão pendente.

Veja a definição de seus bits nafigura 4 .

NVIC_IABR0 - NVIC_IABR7Indica quais interrupções estão ativas.Veja a definição de seus bits nafigura 5 .

NVIC_IPR0 - NVIC_IPR59

Estes registradores provêm um campo

de 8 bits para cada interrupção, proporcionando ajustar o seu nível de prioridade de 0a 254 totalizando 255 níveis para cada umdelas. Veja as definições dos bits nafigura 6 .

System Control BlockEste é um bloco muito importante do

Cortex-M4, pois o mesmo proporcioninformações para a implementação do sistema assim como seu controle, sendo queo registrador VTOR é o mais importantpara o nosso desenvolvimento uma vezque contém “Vector Table Offset Registeroffsetda tabela de vetores.

É neste registrador que alocaremos oinício da nossa tabela de vetores com informações sobre o endereço das interrupçõese o mais importante o RESET(box 1).

Segundo desafioUtilizando o projeto criado na primeiraparte, substituir a rotina de tempo poruma interrupção de hardware e para queo objetivo seja alcançado, o entendimentdo controlador NVIC e da configuraçãoda interrupção no Kinetis será de sumaimportância.

Primeiro passoConfigurar otimer de tal maneira que

uma interrupção seja gerada periodica-

mente.

Nesta segunda parte, teremos como objetivo aperfeiçoar o códigodesenvolvido anteriormente substituindo a rotina de tempo por uma in-terrupção, adquirindo conhecimento do sistema de interrupções do Kinetis,assim como a configuração do timer.

Os Microcontroladores

Kinetis, da Freescale

Edriano Carlos de AraújoDiretor de projetos da Netcom

Projetos e Treinamentos

P a r t e 2

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Bits Nome Função

Escrita 31..0 SETENA0 - Sem efeito1 - Habilitainterrupção

Leitura 31..0 SETENA0 - Interrupçãodesabilitada1 - Interrupçãohabilitada

Bits Nome Função

Escrita 31..0 CLRPEND0 - Sem efeito.1 - Muda statusnão pendente

Leitura 31..0 CLRPEND

0 - Interrupção não

está pendente.1 - Interrupçãopendente

Bits Nome Função

Escrita 31..0 CLRENA0 - Sem efeito1 - Desabilitainterrupção

Leitura 31..0 CLRENA0 - Interrupçãodesabilitada1 - Interrupçãohabilitada

Bits Nome Função

Leitura 31..0 ACTIVE

0 - Interrupçãonão está ativa.1 - Interrupçãoestá ativa oupendente

Bits Nome Função

Escrita 31..0 SETPEND 0 - Sem efeito1 - Muda statuspara pendente

Leitura 31..0 SETPEND0 - Interrupção nãoestá pendente.1 Interrupçãopendente

F1. A definição dos SETENA bits nos

registradores NVIC_ISER0 – R7.

F3. A definição dos SETPEND bits nosregistradores NVIC_ISPR0 – R7.

F2. A definição dos CLRENA bits nosregistradores NVIC_ICER0 – R7.

F4. A definição dos CLRPEND bitsnos registradores NVIC_ICPR0 – R7.

F5. A definição dos ACTIVE bits nosregistradores NVIC_IABR0 – R7.

F6. A definição e as descrições dos bits PRI_XXnos registradores NVIC_IPR0 – R59.

Bits Nome Função

Escrita

31..2423..1615..87..0

PRI_XX

Cada camporepresenta umregistrador de 8bits, no qual sepode definir o nívelde prioridade decada interrupção

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Microcontroladores

BOX1: O início da tabela de vetores

typedefstruct uint32_t * __ptr;tIsrFunc __fun[119];

tVectorTable;

extern uint32_t __vector_table[];

#pragma overload void __init_hardware();void __init_hardware()

SCB_VTOR = (uint32_t)__vector_table; /* Set the interrup vector table position */*/

Disable the Watchdog because it may reset the core before entering main (). There are 2unlock words which shall be provided in sequence before acessing the control register.

*/* (volatile unsigned short *) KINETIS_WDOG_UNLOCK_ADDR = KINETIS_WDOG_UNLOCK_SEQ_1;* (volatile unsigned short *) KINETIS_WDOG_UNLOCK_ADDR = KINETIS_WDOG_UNLOCK_SEQ_2;* (volatile unsigned short *) KINETIS_WDOG_STCTRLH_ADDR = KINETIS_WDOG_DISABLED_CTRL;

BOX2: Primeira rotina – configuração do time

// ************************************// Função de inicialização do PIT (timer)// RESPONSÁVEL POR GERAR UMA BATEMPO DE 10ms PARA O SISTEMA// ************************************

void Inicializa_PIT (void)// Habilita o clock para o periféricoSIM_SCGC6 | = SIM_SCGC6_PIT_MAS

// Configura o timer 0 para gerar umaint a cada 10msPIT_LDVAL0 = 0x000752FF;PIT_TCTRL0 | =PIT_TCTRL_TIE_MASPIT_TCTRL0 | = PIT_TCTRL_TEN_MA

// Limpa a flag de interrupçãoPIT_TFLG0 | = PIT_TFLG_TIF_MASK;

// Habilita o módulo PITPIT_MCR = 0x00;

// Habilita a interrupção do PIT 0SetPrioridadeIrq(INT_PIT0, 0);HabilitaInterrupção(INT_PIT0);

O sistema de timer do KinetisO Kinetis possui em seu sistema umset

de periféricos bem completo, proporcionando ao programador uma flexibilidade

muito grande em seu desenvolvimento.São eles:• Programmable Delay Block (PDB)-

Proporcionadelays controlados deuma base de tempo interna, externa,ou mesmo interna para periféricosinternos como o DAC ou ADC(figura 7) .

• FlexTimer (FTM) - Flex timer é umperiférico muito versátil que imple-menta dois timers com oito canaiscada um, capazes de implementar

input capture ,output compare e geraçãode pwm(figura 8) .• Periodic Interrupt Timer (PIT) -

Este periférico é composto por umamatriz de timers simples, utilizadospara gerar interrupções periódicas,ou até mesmo para disparar acessosDMA. Por sua facilidade de uso, esteserá nossa escolha(figura 9) .

Configurando o timer escolhidoA primeira rotina a ser desenvolvida

será a de configuração do timer, deixandoF7. Diagrama de Blocos do PDB.

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F8. Diagrama de Blocos do FTM.

F9. Diagrama de Blocos do PIT.

pronto para que uma interrupção seja geradaa cada intervalo de tempo.

Veja nobox 2 a primeira rotina.

Inicicializar o clock do periféricoCaso oclockdo periférico não seja ha-

bilitado, uma interrupção porhardfalt serágerada inutilizando o código gerado.

Veja afigura 10 .// Habilita o clock para o periféricoSIM_SCGC6 |= SIM_SCGC6_PIT_MASK;

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Microcontroladores

Bits Nome Função

Escrita 0 TEN0 - Desabilitatimer1 - Habilita timer

Leitura 1 TIE

0 - Desabilitainterrupção1 - Habilitainterrupção

Bits Nome Função

Escrita 0 FRZ0 - Timer continua nomodo debug1 - Timer desligado nomodo debug

Leitura 1 MDIS0 - Liga o clock para o pit1 - Desliga o clock parao pit.

F12. A definição dos bits TEN e TIE.

F13. Os bits TIF.

F14. A definição dos bits FRZ e MDIS.

BOX3: As duas rotinas que configuram oregistrador INT_PIT0

// ***************************************// Função que configura a prioridade deuma interrupção// ***************************************

void SetPrioridadeIrq(UInt8 NumInt, Uint8

Prioridade)Uint8 *PrioReg = 0// Ajusta o número da interrupçãoif (NumInt)NumInt -= 16;// Verifica se o número da interrupçãoe prioridade estão corretosif ((NumInt <= 91) && (Prioridade <= 15))

// Configura a prioridadePrioReg = (Uint8 *) (((Uint32) &NVI-CIP0) + NumInt);*PrioReg = ((Prioridade & 0xF) <<(8 – ARM_INTERRUPT_LEVEL_BITS));

// ***************************************// Função que desabilita uma interrupção// ***************************************

void DesabilitaInterrupção(UInt8 NumInt)

// Ajusta o número da interrupçãoif (NumInt)NumInt -= 16;// Verifica se o número está corretoif (NumInt <= 91)

// Calcula quais são os registradoresVarTemp = NumInt / 32;switch(VarTemp) case 0: NVICICER0 |= 1 << (Nu-

mInt % 32); break;case 1: NVICICER1 |= 1 << (Nu-mInt % 32); break;case 2: NVICICER2 |= 1 << (Nu-mInt % 32); break;

F10. System Clock Gating Control Register 6. Bit PIT ativa o clock para o PIT.

F11. PIT_LDVALn field descriptions.

Configurar o intervalo detempo da interrupção

PIT_LDVAL0 = 0x000752FF;Observe afigura 11 .O valor carregado neste registrador será

carregado e decrementado até zero, ondeuma interrupção será gerada.

Caso um novo valor seja carregadoneste módulo, este só terá validade quan-do o seu valor chegar a zero, sendo assimrecarregado.

Para que um novo valor seja carregadoimediatamente, o timer deverá ser paradoe, em seguida, reinicializado.

Habilitar o timer e a interrupçãoPIT_TCTRL0 |= PIT_TCTRL_TIE_MASKPIT_TCTRL0 |= PIT_TCTRL_TEN_MASAfigura 12 mostra a definição dos bits

TEN e TIE.Obs.: É muito importante notar que além

de se habilitar a interrupção no controlador

de interrupções NVIC, a habilitação nopróprio periférico se faz necessária.

Limpar flag de interrupçãoe habilitar o timer

Veja afgura 13 .// Limpa a flag de interrupção

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PIT_TFLG0 |= PIT_TFLG_TIF_MASK;A figura 14 mostra a definição dos bits

FRZ e MDIS.// Habilita o módulo PITPIT_MCR = 0x00;

Habilitar a interrupção no núcleo

Para isto, duas rotinas foram desenvolvi-das (box 3), as quais setam os registradorespreviamente descritos:

SetPrioridadeIrq(INT_PIT0, 0);HabilitaInterrupcao(INT_PIT0);

Escrever a rotina de interrupçãoA rotina de interrupção é escrita como

uma sub-rotina normal, o que facilita emmuito o seu desenvolvimento (Box 4).

Como último passo, preencher a tabelade vetores.

Devemos colocar o endereço da rotinade interrupção escrita na tabela de vetores,e o nosso programa estará completo(box 5).

ConclusãoA diferença básica entre se programar

um microcontrolador específico como, porexemplo, um HCS08 da Freescale e um microcom núcleo ARM, está no fato de que nãoé possível se encontrar toda a informaçãonecessária em um único local.

Sempre deve-se atentar para a documen-

tação do núcleo ARM contida emwww.arm.com e a documentação do fabricantedo microwww.freescale.com .

Após a familiarização, migrar de umfabricante para outro se torna fácil bastandoapenas o entendimento dos periféricos e dealguns pontos-chave.

BOX4: A rotina de interrupção

// ***************************************// Interrupção de tempo// ***************************************

void PIT0_Int(void)

// Limpa a flag de interrupçãoPIT_TFLG0 |= PIT_TFLG_TIF_MASK;// Força a leitura do registrador(void) PIT_TCTRL0;++timerif (timer > 100) // A cada um segundoo LED mudará de estado

GPIOA_PTOR |= GPIO_PTOR_PTTO(GPIO_PIN(12));timer = 0;

BOX5: O endereço da rotina de interrupção escrita na tabela de vetores

#pragma define_section vectortable “.vectortable” “.vectortable” “.vectortable” far_abs R startic__declspec(vectortable) tVectorTable __vect_table = /* Interrupt vector table */

__SP_INIT, /* 0 (0x00000000) (prior: -) */

(tIsrFunc)__thumb_startup, /* 1 (0x00000004) (prior: -) */(tIsrFunc)isrINT_NMI, /* 2 (0x00000008) (prior: -2) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 3 (0x0000000C) (prior: -1) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 4 (0x00000010) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 5 (0x00000014) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 6 (0x00000018) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 7 (0x0000001C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 8 (0x00000020) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 9 (0x00000024) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 10 (0x00000028) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 11 (0x0000002C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 12 (0x00000030) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 13 (0x00000034) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 14 (0x00000038) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 15 (0x0000003C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 16 (0x00000040) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 17 (0x00000044) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 18 (0x00000048) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 19 (0x0000004C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 20 (0x00000050) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 21 (0x00000054) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 22 (0x00000058) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 23 (0x0000005C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 24 (0x00000060) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 25 (0x00000064) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 26 (0x00000068) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 27 (0x0000006C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 28 (0x00000070) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 29 (0x00000074) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 30 (0x00000078) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 31 (0x0000007C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 32 (0x00000080) (prior: -) */

. .

. .(tIsrFunc)PIT0_Int, /* 84 (0x00000150) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 85 (0x00000154) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 86 (0x00000158) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 87 (0x0000015C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 88 (0x00000160) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 89 (0x00000164 (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 90 (0x00000168) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 91 (0x0000016C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 92 (0x00000170) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 93 (0x00000174) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 94 (0x00000178) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 95 (0x0000017C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 96 (0x00000180) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 97 (0x00000184) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 98 (0x00000188) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 99 (0x0000018C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 100 (0x00000190) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 101 (0x00000194) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 102 (0x00000198) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 103 (0x0000019C) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 104 (0x000001A0) (prior: -) */

(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 105 (0x000001A4) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 106 (0x000001A8) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 107 (0x000001AC) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 108 (0x000001B0) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 109 (0x000001B4) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 110 (0x000001B8) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 111 (0x000001BC) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 112 (0x000001C0) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 113 (0x000001C4) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 114 (0x000001C8) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 115 (0x000001CC) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 116 (0x000001D0) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 117 (0x000001D4) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 118 (0x000001D8) (prior: -) */(tIsrFunc)UNASSIGNED_ISR, /* 119 (0x000001DC) (prior: -) */

E

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Eletrônica AplicadaEnergia

Motores AssíncronosTrifásicos

Desde sua invenção, em 1887, pelo EngºMichael Von Dobrovolsky, os motoresassíncronos trifásicos vêm sofrendo umalonga história de desenvolvimento, com

objetivo de se conseguir potências e con- jugados que atendessem às mais diversascondições de carga (gura 1 ).

Este desenvolvimento se deu principal-mente por parte da revolução técnica dosprojetos, processos e materiais utilizadosem sua confecção. É inevitável que parteda energia utilizada na conversão eletro-mecânica de energia se transforme emcalor (efeito Joule) , isto devido às perdasinerentes ao seu projeto e funcionamento.

Estas perdas possuem diferentes cau-

sas e são funções de diferentes fenômenosque ocorrem em diferentes partes do motorelétrico. Podemos destacar como principaisas seguintes causas:

Perdas Joule nosenrolamentos do estator

As perdas Joule nos enrolamentosdos motores trifásicos são expressas pela

Comparativo entre os

Motores Elétricos CA e CCVantagens e Desvantagens dessas duas tecnologias

Esta artigo tem o objetivo deilustrar tecnicamente as diferentestecnologias empregadas nos mo-tores, hoje disponíveis no mercadonacional, demonstrando seus prós econtras através de um comparativode suas características técnicas, físi-cas e comerciais.

Augusto Ottoboni

determinação de 3xRxI² dos enrolamentodo estator. As perdas Joule variam propor-cionalmente ao quadrado da potência de-senvolvida no motor e são responsáveisem plena carga,por aproximadamente35% das perdas totais.

Perdas no Ferrodo núcleo magnético

Com aplicação de tensão alternadatrifásica, a corrente circulando nos enrolamentos do estator produz o campomagnético variável – campo girante - nonúcleo ferromagnético do motor elétricocausando dois tipos de perdas no ferro:

• Perdas por efeito de correntes deFoucault: São provenientes dastensões e respectivas correntes in-

duzidas na massa do núcleo.• Perdas por efeito de Histerese:As perdas por efeito de Histeresesão provenientes da orientaçãoalternada do campo magnético naestrutura cristalina do núcleo deferro. Para o motor elétrico trifásicoe de indução, a maior quantidadede perdas no ferro ocorre no núcleo

F1. Desenvolvimento tecnológico dos motoreselétricos peso /potência (kgf/kW).

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Eletrônica Aplicada

do estator. Considerando-se que atensão e a frequência de alimenta-ção sejam constantes em regime, asperdas no ferro são praticamenteconstantes e independentes dacarga.

Perdas Mecânicas,pelo atrito e ventilaçãoParte das perdas mecânicas dos

motores de indução são aquelas desen-volvidas pelos atritos nos rolamentos epelo atrito do movimento do rotor com oar. A potência requerida pelo ventiladorpróprio, necessária para a autoventila-ção do motor é classi cada como perdae englobada nas perdas mecânicas. Asperdas no ferro e as perdas de atrito eventilação são perdas que acontecem

no motor independentemente da carga,apenas com o funcionamento e rotação.Por essa razão, estas perdas são tam- bém denominadas de rotacionais e sãofundamentais na determinação do valorde rendimento das condições de cargareduzida e na determinação do consumode energia para a condição de vazio oude espera ligado.

Perdas SuplementaresAs perdas suplementares são apresen-

tadas em duas parcelas principais:Perdas Suplementaresnos Enrolamentos

As perdas Joule determinadas nosenrolamentos do estator e do rotor pelocálculo de 3xRxI², são inferiores às perdasque efetivamente se desenvolvem nosenrolamentos do motor em carga. Emoperação, os enrolamentos do motor sãosubmetidos a correntes alternadas, e napresença do efeito pelicular, adensamento

de corrente na parte externa ao condutor,sucede substancial aumento da resistênciaôhmica em corrente alternada. As perdasque efetivamente ocorrem em operaçãosão aquelas desenvolvidas com resistênciaôhmica em CA.

-Perdas Suplementaresno Ferro

As perdas determinadas no ferro, sãomaiores que as de nidas anteriormente,pois as forças magnetomotrizes de reação

de armadura modi cam as distribuições

de induções próximas do entreferro. Ascorrentes de carga, também, no que dizrespeito aos uxos dispersos que atingempartes estruturais (parafusos, suportes,tirantes, tampas, eixos).

Na região do entreferro, as ranhurasdo rotor e estator introduzem campos

magnéticos de alta frequência, produzin-do perdas adicionais no ferro. Essas per-das também são englobadas como perdassuplementares no ferro. Normalmente, asperdas suplementares são desprezíveiscom o motor em operação e sem solicita-ção de carga.

A partir do conhecimento dessas per-das, foi possível alavancar a evolução dosmotores assíncronos trifásicos , ou maiscomumente conhecidos como “Motor deGaiola de Esquilo”.

Dados estatísticos da ABINEE - Asso-ciação Brasileira da Indústria Elétrica eEletrônica - mostram que 50% da energiaelétrica do setor industrial é provenientedo consumo de acionamentos através demotores assíncronos trifásicos, dado esteque comprova sua grande aplicabilidadeem qualquer situação. Por sua vez, sãoeles os responsáveis por 23% do consu-mo total de energia elétrica de todos ossegmentos do mercado.

A grande maioria dos motores assín-

cronos trifásicos opera em condições desuperdimensionamento de potência, ouseja, com potência de carga abaixo dovalor nominal de potência do motor. Estasituação implica em investimentos desne-cessários devido à aquisição de equipa-mentos maiores do que a real necessidadee, por consequência, em desperdício deenergia elétrica.

Desconhecimento do comportamentodas cargas, dimensionamento com ex-cessiva margem de segurança, elevado

número de partidas necessárias e condi-ções de trabalho com elevada temperaturaambiente são algumas das condiçõesque implicam numa especi cação comsuperdimensionamento de motoresassíncronos trifásicos, ou seja, o pontomais importante na especi cação corretade um motor assíncrono trifásico está emseu dimensionamento. Por este motivo, autilização de uma simples sequência decálculos é fator fundamental na seleção edimensionamento dos motores assíncro-

nos trifásicos.

Força resistente à translação:

F = m ⋅ g ⋅ [2D(μL⋅

d2

+ f )+ C], em [N ]

Potência:

Momento de carga:

P X = F ⋅ v1000 ⋅η

, em [kW ]

Momento de inércia da carga:

MX =P X ⋅ 9550

n,em [Nm ]

De posse destes valores, a escolha domotor certamente atenderá à perfeita neces-sidade da carga evitando o superdimensio-namento do mesmo e, por consequência, detoda sua instalação. Os motores assíncronostrifásicos possuem expectativa de vida útilde 10 anos. Em muitos casos, quando bem

especi cados, os períodos de manutençãopreventiva / preditiva dos motores assín-cronos trifásicos são determinados pelavida útil de seus rolamentos. Seu custo demanutenção preventiva é pequeno , poisapresentam certa reserva térmica e períodosmaiores de troca ou de relubri cação dosrolamentos. Nas guras 2, 3, 4 e 5 , detalhesdo motor assíncrono trifásico.

Motores deCorrente Contínua

Os motores de corrente contínuasurgiram com o objetivo de cobrir umalacuna técnica dos motores assíncronostrifásicos, a variação de velocidade. Atémeados dos anos 80, quando se falava devariação de velocidade em motores, a as-sociação aos motores de corrente contínuaera imediata, pois até então a tecnologiade variação de velocidade para os motoresassíncronos trifásicos estava praticamenteiniciando-se com os conversores de fre-quência Escalares, na época gigantescos

armários elétricos caríssimos.

J X = 91,2 ⋅ m (vnM)

2

,em [kgm 2 ]

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Amplamente empregados, os motoresde corrente contínua, popularmente co-nhecidos apenas como motores CC, foramusados nas aplicações com exigência dTorque e variação de velocidade.

Compostos por Campo, Armadurae Tacogerador, os motores de corrente

contínua se apresentavam como motoresextremamente robustos, com bom nívede estabilidade de velocidade e excelentetorque de saída.

Seu controle de velocidade é realizadoatravés dos conversores CA/CC, que seutilizam de tecnologia Analógica.

Basicamente, ampli cadores opera -cionais executam desde o sincronismode fases até o controle da sequência dedisparo dos tiristores do módulo depotência. A modulação da velocidade se

dá pelo enfraquecimento da tensão da bobina de Campo do motor, e sua estabilidade de velocidade é efetuada atravésda realimentação de tensão fornecidapelo Tacogerador acoplado diretamente àsegunda ponta de eixo do motor (gura 6 ).

F2. Estator e rotor do motorassíncrono trifásico.

F3. Vista explodida do Motor assíncronotrifásico “Gaiola de Esquilo“.

Rotor

Estator

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Apesar dos vários fatores positivos, osmotores de corrente contínua estão caindoem desuso cada vez mais, pois devido apossuírem um comutador (vulgarmentechamado de coletor) no motor, necessitamde escovas de carvão para efetuar a co-nexão elétrica CC à Armadura do motor.

Estas escovas de carvão sofrem desgasteconstante e necessitam de substituiçãoconstante e, além disto, os resíduos pro-venientes do desgaste das escovas de

carvão se acumulam no interior do motor,sendo necessário periodicamente o mes-mo ser retirado e passar por manutençãopreventiva.

Esta manutenção preventiva nosmotores de corrente contínua vai desdeuma simples limpeza com substituição

de escovas até a necessidade de novaimpregnação de verniz isolante no bobi-namento de Armadura com substituiçãode rolamentos.

F6. Conversor CA/CC +Motor CC.

F5. Redutor helicoidal acoplado direta-mente ao motor assíncrono trifásico.

F4. Motor assíncronotrifásico.

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Os motores de corrente contínua sãomuito sensíveis a vibrações e exigem umalto nível de balanceamento de seus ro-tores, normalmente este balanceamento éefetuado através de inserção de material.

Também necessitam de ventilaçãoforçada em sua grande maioria devido

ao fato de ocorrer a variação de veloci-dade pelo método de enfraquecimentode campo (este método gera um grandeaquecimento no motor).

A ventilação forçada utilizada narefrigeração dos motores de corrente con-tínua necessita de manutenção constantetambém, pois normalmente utiliza-se ven-tiladores tipo Caracol (Blower ) de grandevazão de ar para atender as necessidadesde refrigeração do motor.

Excelentes motores de refrigeraçãodevido à sua grande vazão de ar, estes mo-tores apresentam problemas constantesde balanceamento, provocando vibraçõesque são transmitidas para o todo o sistemae também para o motor de corrente con-tínua prejudicando seu funcionamento.

O fato do uso de Tacogerador para ageração de sinais de realimentação (sinaisestes de corrente contínua) faz com que sejanecessária a utilização dos mesmos proce-dimentos de manutenção empregados nomotor de corrente contínua, ou seja, umaalta necessidade de manutenção.

Tanto o motor de corrente contínuaquanto seu tacogerador necessitam deuma mão-de-obra com certo nível de espe-cialização, ou seja, é uma manutenção dealto custo quando comparada aos motores

assíncronos trifásicos.ServomotoresAssíncronos Trifásicos

Com características construtivas bemsimilares aos motores assíncronos trifá-sicos convencionais (gura 7 ) , os servo-motores assíncronos diferem daqueles emalguns aspectos construtivos e na sua altaperformance, que se assemelha à dinâ-mica proporcionada pelos servomotoressíncronos de ímãs permanentes.

A simplicidade e a robustez dos mo-tores assíncronos trifásicos de “gaiola deesquilo”, a performance e a dinâmica dos

servomotores síncronos e a larga faixa dtorque dos motores de corrente contínuaassim, são as características construtivae técnicas deste motor.

Da mesma forma que nos motoresassíncronos convencionais , os servomotores assíncronos também são constituídos

sicamente por estator e rotor, porémcomo nos servomotores síncronos deímãs permanentes também necessitam deum sinal de realimentação e ainda maisdevido a sua alta performance possuemobrigatoriamente ventilação forçada com

uxo de ar direcionado ao seu estator, esensor de temperatura instalado interna-mente em seu enrolamento.

Os servomotores assíncronos constituem a evolução dos motores assíncronotrifásicos convencionais com rotor de

“gaiola de esquilo”.Os servomotores assíncronos possuemo rotor idêntico ao motor assíncronoconvencional, ou seja, o pacote de chapaé preenchido com alumínio através deprocesso de injeção de alumínio formandoa chamada “gaiola de esquilo”(gura 8 ).

As semelhanças são enormes entre osdois rotores, o que os diferencia basicamente é que nos servomotores assíncronos os rotores já vêm preparados com umasegunda ponta de eixo, proporcionalmen-

te menor e preparada para receber umtransdutor de posição angular chamadode ( gura 9 ).

Este transdutor de posição angular“encoder” é peça fundamental no funcionamento do servomotor assíncrono , possibilitando o controle total da rotação doservomotor e fornecendo-lhe as condiçõenecessárias para estabilidade de rotaçãodinâmica e precisão de posicionamento.

Devido a esta segunda ponta de eixo,a instalação do encoder no servomotor se

torna muito simples e rápida (gura 10 ).O estator do servomotor assíncronoé bobinado como no motor assíncronoconvencional, porém, apesar de utilizaralimentação trifásica, não pode ser ligaddiretamente à rede, pois utiliza uma bobi-nagem especialmente confeccionada paraproporcionar alta dinâmica ao sistemaTecnicamente é possível explicar este motivo pela teoria do uxo eletromagnéticodo motor. Pela rede trifásica convencionatemos o seguinte uxo (adotando a tensão

de rede como 380V):F8. Uma gaiola

de esquilo

F7. Servomotor Assín-crono Trifásico.

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Esta relação de tensão por frequência àqual chamamos de uxo eletromagnético,é obtida através da tensão e frequência

nominais fornecidas pela concessionáriade energia elétrica.Portanto, os projetos de motores assín-

cronos trifásicos são executados tomando--se como base este uxo eletromagnético.

Nos servomotores assíncronos trifási-cos esta relação de tensão por freqüência é bem diferente. Para atender as necessida-des de dinâmica e rotação solicitadas pe-los servomotores, uma correção no projetodos motores assíncronos trifásicos se feznecessária, e esta correção foi realizada

principalmente na otimização de sua bobi-nagem. Com essa otimização, uma corre-ção dos dados de bobinagem originais foiautomaticamente realizada para atenderaos novos padrões de rotação e dinâmica.Porém, esta nova bobinagem exigiu tam- bém um novo uxo eletromagnético queatendesse às novas exigências, e esse novo

uxo não poderia ser fornecido pela redeconvencional, este é o motivo de não serpossível a ligação de um servomotor, sejaele assíncrono ou síncrono, diretamente

à rede . Seu funcionamento só pode serefetuado através da utilização de servo-conversores que, através da modulaçãoda frequência de saída, fornece o uxoeletromagnético ideal para atender àsmaiores exigências de dinâmica. Assimcomo nos servomotores síncronos deímã permanente, os assíncronos admitemtorques elevados de partida, chegandoa até três vezes seu torque nominal semproblemas, dependendo da combinaçãoservomotor x servoconversor (gura 11 ).

Percebemos, portanto, que o servomo-tor assíncrono nada mais é que um motorassíncrono trifásico “envenenado”. Vocêesta correto!

Este envenenamento gera dinâmica ealto torque, ao passo que a realimentaçãopelo encoder gera estabilidade de rotaçãoe precisão de posicionamento. Porém,todo este envenenamento influenciadiretamente nas características construti-vas do servomotor, fazendo com que eleexecute esforços altíssimos e gere altas

correntes internas em seus enrolamentos

ΦREDE

=UREDE

f REDE

=380V60Hz

= 6,33

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que, por consequência, elevem a temperatura interna do motor rapidamente e aníveis elevados. Para a manutenção deuma temperatura segura de trabalho egarantir bons resultados de desempenho edurabilidade, também são exigidos algunsartifícios que em outros servomotores são

opcionais:-Ventilação forçada, proteção térmica(termistor) nos enrolamentos do estator eisolação térmica classe H (verniz).

A utilização do servoconversor pos-sibilita a administração de todas asvariáveis envolvidas, proporcionandocontrole total de todas as característicado servomotor e funções disponíveis doservoconversor.

Conclusão

A determinação da melhor opção demotor para uma determinada aplicaçãocaberá sempre ao pro ssional que faz aespeci cação.

Um pro ssional que conheça as ca-racterísticas da carga na determinadasituação, tem as melhores condiçõesde especificar o motor que forneça amelhor performance e que lhe traga amelhor relação custobenefício, além ddimensionar o tipo de motor da melhormaneira possível, evitando assim o su-

perdimensionamento. Nos casos ondesão desconhecidas formas de cálculo especí co para cer tas situações (tais comomisturadores, agitadores, transportado-res de canecas etc...) ou simplesmentedúvidas, a consulta a empresas e pessoasespecializadas é fundamental para seobter a melhor especi cação. E

F9. Vista do encoder instalado no Servo-motor Assíncrono Trifásico CV112M4.

F10. Instalação do Encoder noservomotor assíncrono.

F11. Curva de Torque de partida(Mx) x frequência (Hz).

Encoder

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Circuitos Práticos

O Bull rastreador é um sistema delocalização e bloqueio de veículossimples e sem mensalidade. Todos os

comandos para controle do veículo sãoenviados por pequenos comandos viaSMS de qualquer telefone celular.

Monte um localizadore bloqueador veicularvia SMS

Bruno Venâ[email protected]

A s notícias sobre roubo de veículos,cargas e sequestros-relâmpagossão um fato diário na TV e jornais.Há diversos serviços e produtos na

área de segurança que ajudam a inibir a açãodos bandidos, mas nem todas as soluçõessão baratas e principalmente os serviçosde rastreamento veicular possuem algumtipo de mensalidade que acaba tornando-osinacessíveis para a maioria da população.

Com o projeto que propomos nesteartigo, o leitor poderá montar seu própriolocalizador e bloqueador que, além de blo-quear e localizar, também pode informarao dono do carro se o veículo ultrapassouuma velocidade pré-determinada entre

outras utilidades.

Recursos• Bloqueia e localiza o veículo à dis-

tância através de qualquer telefonecelular;

•

Determina uma velocidade máximapara o veículo e, caso essa seja ul-trapassada, o rastreador envia umamensagem de aviso ao dono;

• Avisa até três telefones (via SMS),caso você seja roubado ou seques-trado, com um simples toque de botão (botão de pânico);

• Possui detector de movimento, queavisa o dono via SMS caso o carrosaia do lugar sem sua permissão;

• Se o seu carro possui alarme, o mes-

mo pode ser ligado ao rastreador,

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F1. SMS de resposta enviado pelo rastreador.

que avisa o dono via SMS caso oalarme seja disparado;• Possui função manobrista que avisa

o dono, caso o carro ultrapasse o raiode 450 metros de onde foi deixado;

• Possui função escuta, que permiteque o dono ouça tudo o que se passano interior do veículo;

• Possui função de consulta de saldodochip. O Bull rastreador é o ÚNICOrastreador do mercado que permiteque o dono saiba exatamente quanto

possui de crédito no chip do rastrea--dor e, com isso, possa administrarmelhor a recarga.

FuncionamentoToda operação de uso ou configuração

do Bull rastreador é feita por meio de men-sagens via SMS, enviadas para o númerodo chip do rastreador. São compostas deuma ou duas letras seguidas de uma senhade 5 dígitos.

Exemplo:L 12345 - Sendo L o comando

e 12345 a senha. As letras podem ser mai-

úsculas ou minúsculas e o espaço entre ocomando e a senha é opcional.

Exemplo de ComandoCaso o usuário possua um smartphone

ou qualquer celular com acesso à Internet,é possível usar o comando abaixo, onde orastreador retornará a localização em formade “link” da Internet:

K 12345A figura 1 mostra o SMS de resposta

enviado pelo rastreador com dois links

para clicar.Circuito

O diagrama esquemático do aparelhopode ser observado nafigura 2 . O coraçãodo sistema é o microcontrolador U4, oAT89C51ED2. Ele é quem controla todo ofuncionamento do aparelho. O módulo GPSME1513 envia os dados GPS para o U4 viaprotocolo serial NMEA 0183. O U4 por suavez processa esses dados e disponibiliza asinformações sobre localização geográfica,

velocidade entre outros dados para serem

enviados para o M1 (módulo GSM). O mó-dulo GSM usado neste projeto é o SIM900D,da SIMCOM Corporation.

O microcontrolador U5 é um ATtiny45da ATMEL usado como Wachdog externo.Caso o sistema sofra algum tipo de pane epare de enviar pulsos para o pino 7 do U5por mais de 45 segundos, o mesmo enviauma tensão para o pino de reset do U4 paraque o sistema volte a operar normalmente.

O U6 é umdriver usado para controlaro relê externo de corte de combustível.

Os optoacopladores OP1 e OP2 são usa-dos para isolar tanto a entrada de alarmequanto a entrada de botão de pânico do U4.

Para acionar a função de alarme, o OP1deve receber uma tensão positiva de 3 a 12volts vinda da saída do alarme existenteno veículo.

Essa tensão pode ser a saída de uma buzina ou mesmo saída auxiliar que algunsmodelos de alarme possuem. Assim queo U4 receber o sinal do alarme, o sistemaenvia um SMS ao dono do veículo avisando

que seu alarme foi acionado.

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Circuitos Práticos

F2. Esquema elétrico.

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Sumário de comandosLocalizar - Comando L

O rastreador retorna uma mensagem SMS com os dadosde localização do carro (latitude, longitude, direção, velo-cidade, data e hora). As coordenadas informadas poderãoser inseridas no sitehttp://maps.google.com.br/ ou www.curingagps.com.br para localização imediata doveículo.

Localizar Via Link de Internet - Comando KO rastreador envia umlink com a localização em formade link de mapa do site Google Maps. Essa opção funcionasomente com celulares do tipo Smartphone ligados à In-ternet.

Função Manobrista - Comando MA função manobrista é utilizada quando o carro for deixa-do com manobristas, oficinas, lava-jato e afins.

Caso o carro ultrapasse um raio de 450 metros do localaonde foi deixado, o rastreador enviará um SMS alertandoo dono do veículo. O comando é desativado assim que ocarro ultrapassa o raio de 450 metros.

Bloquear Veículo - Comando BEssa função bloqueia o veículo desligando a bomba de com-bustível ou a alimentação do mesmo e, em seguida, enviauma mensagem SMS ao celular que enviou o comando.

Desbloquear Veículo - Comando DEssa função desbloqueia o veículo e, em seguida, envia uma

mensagem SMS ao celular que enviou o comando.Consulta de Saldo - Comando S

Realiza uma consulta de saldo junto à operadora e retornaum SMS com o saldo atual de créditos.

Função Escuta - Comando EPermite ao telefone que enviar o comando via SMS, efe-tuar uma ligação para o rastreador, que atenderá a ligaçãocom um microfone escondido, possibilitando ao usuárioescutar o que se passa dentro do veículo.

Troca de Senha - Comando NCadastra uma nova senha no rastreador. A senha pode sertanto de letras quanto de números. O tamanho máximo éde 5 caracteres e existe diferença entre letras maiúsculase minúsculas.Obs.: Usar esta função com cautela. Caso a senha seja es-quecida, a única maneira de retornar para a senha de fábri-ca é contatando a fábrica. A senha de fábrica é 12345.Este comando tem um formato um pouco diferente e se-gue o padrão a seguir:

Formato: N senha-antiga senha-nova senha-nova Exemplo:N 12345 45684 45684, sendo N o comando, 12345 a se-nha antiga e 45684 a senha nova digitada 2 vezes. Os es-paços em branco deverão ser respeitados neste comando.

Cadastrar Telefones - TM, T1, T2 E T3Cadastra o telefone master e os 3 telefones habilitadospara receber as mensagens quando acionado o botão depânico (explicado mais abaixo).Formato: Comando senha DDD+celular Exemplo: TM se-nha 6199999999 sendo TM o comando de cadastro dotelefone master e 6199999999 o celular a ser cadastrado.

Comandos EspeciaisFunção Sensor de Movimento

Quando acionado, avisa por meio de SMS enviado ao ce-lular Master cadastrado, que o veículo saiu de sua situação

de estacionamento, caso o veículo seja deslocado acimade 30 m do local de origem definido pelo usuário. Paraacionar o comando e definir a posição de origem, efetueuma ligação para o chip do rastreador, a partir do telefo-ne master (TM) cadastrado e desligue a ligação ao final do2º toque. Esta função é interessante pois, além de rápida,não gasta créditos, haja vista que a ligação não é atendida.É até mesmo possível efetuar uma ligação a cobrar para ochip do rastreador, sem custos. Utilize esta função sempreque estacionar em lugares sem segurança de forma rápidae prática.

Função PânicoEsta função é ativada quando o botão de pânico é acio-nado. Cerca de 1 minuto após se pressionar o botão depânico, o rastreador enviará mensagens de pânico aciona-do com as coordenadas do veículo para os 3 números detelefones cadastrados como T1, T2 e T3. Caso um destestelefones ligue para o rastreador, durante a ação do modopânico, o rastreador atenderá a ligação com o microfoneescondido, permitindo escutar o que se passa dentro doveículo.

Atenção : O botão de pânico pode ser acionado por aci-

dente pelo próprio usuário, portanto, ao cadastrar os nú-meros das pessoas que receberão a mensagem, avise-asdesta possibilidade e oriente-as para ligar para o númerodo rastreador para escutar o que está acontecendo nocarro, ou ligar para o dono do carro e combinar um có-digo para que a pessoa consiga avisar da situação de riscode forma disfarçada.

Para desativar a função pânico, é necessário enviar viaSMS o comando P (não há necessidade de senha).

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Circuitos Práticos

MontagemA disposição dos componentes na placa

pode ser observada nafigura 3. É possívelmontar a placa com ferro de soldar, porém

é mais recomendável usar o método derefusão que consiste em aplicação de soldem pasta com seringa e usar um pequenoforno de assar alimentos para refusão. Nositewww.youtube.com há muitos tutoriaisensinando esta simples e eficiente técnica

O módulo SIM900D é necessariamentsoldado com ferro de soldar, pois é posicionado no layer bottom da placa(figura 4) .

Olayout top e bottomda placa de circuitoimpresso pode ser visto nasfiguras 5 e 6 .

Programação dos firmwaresPara programar o microcontrolador U4primeiro será necessário fechar o jumper CN5 para que o microcontrolador opere emmodo programação. O software usado paraprogramar o AT89C51ED2 é o FLIP e podser baixado no site da fabricante ATMEL

Os pinos de programação do U4 estãono CN3. Observe que o pino 1 é o terceirda direita.

Observação : Para programar o U4 ,deve-se manter ABERTO o jumper J1, po

o canal serial usado para programaçãoé o mesmo usado para comunicar com omódulo GPS. Assim que a programaçãofor concluída, feche o jumper J1 e retire jumper do CN5.

Para programar o U5, estão disponíveisos pinos de programação ao lado direito dochip. Note que há uma descrição da funçãode cada pino (MOSI, MISO, SCK E RST

Os arquivos firmwares do U4 (TRK_V230.HEX) e do U5 (WATCH45.HEX) esdisponíveis paradownloadno site daSaberEletrônica

.

F3. Diagrama de disposição dos componentesna placa de circuito impresso (PCI).

F6. Layer bottom.

F4. Módulo SIM900D soldado no layer bottom.

F5. Layer top.

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F7. Descrição dos pinos.

F8. Esquema de ligação no automóvel.

InicializaçãoAssim que o sistema é ligado pela pri-

meira vez, o U4 grava alguns parâmetros noSIM900D. Essa operação dura, em média, 20

segundos. Quando a operação é concluída,os LEDs DX1 e DX2 ficam piscando emintervalos de 0,5 segundos indicando quepode desligar o sistema.

Quando o sistema volta a ser ligado, oaparelho entra em funcionamento normal.

Instalação no carroA conexão do aparelho com o automó-

vel é feita pelo conector CN2. A pinagem eesquema de ligação podem ser observadasnasfiguras 7 e 8 .

O esquema acima deve ser feito emforma de um cabo-chicote, conforme podeser visto nafigura 9 .

Observação: É recomendável usar umfusível de 5 A no fio positivo.

O aparelho possui duas antenas exter-nas. A antena de GSM(figura 10) é ligada aoconector CN7 e a antena GPS(figura 11) éligada ao conector CN8. Como os conectoressão do mesmo modelo, deve haver cuidado

para não inverter a ligação entre as antenas.Funcionamento

Antes de ligar o aparelho, conecte ochip da operadora escolhida no aparelho.Lembrando que o aparelho é compatívelcom todas as operadoras nacionais.

O Rastreador possui dois LEDs indica-dores de funcionamento. O LED DX1 indicao status do GSM.

Quando pisca em intervalos de 0,5segundos, indica que a rede ainda não está

operante e o GSM está fora do ar.

F10. Antena GSM.

F11. Antena GPS.

F12. Eletrocalha de alumínio

usada como gabinete.

F9. Chicote para ligação elétrica.

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Circuitos Práticos

Quando piscar em intervalos de 4 segun-dos, indica que o aparelho foi devidamenteregistrado na rede GSM.

O LED DX2 é o indicador do GPS.Quando estiver ligado, indica que o GPSnão está sincronizado com pelo menos 3satélites e portanto está fora do ar.

Quando piscar em intervalos de 1 se-gundo, significa que o sistema está operante.

GabineteO uso do gabinete fica a critério do leitor.

Em nosso protótipo usamos uma simples

F13. Gabinte pintado e com tampas em acrílico.

Bruno Márcio Diogo Venâncio é engenheiro eletrônico e programador de sistemas embarcados. Trabalha paraVenâncio Indústria Eletrônica onde tam-bém foi fundador da empresa.

eletrocalha de alumínio como gabinete(figura 12) .

Para ficar com melhor acabamento,foi feita uma pintura eletrostática e nasextremidades colocadas tampas de acrí-lico. O resultado foi um acabamento bemprofissional(figura 13) . E

Lista de Materiais

SemicondutoresU

4– Microcontrolador - AT89C51ED2--RLTUM

U5 – Microcontrolador – Attiny45Q1 , Q2 – Transistor uso geral – BC817U1 – Regulador de Tensão – LM257S3.3U6 – Transistor array – ULN2003D1 – Diodo Schottky 3 ADX1 , DX2 – LED vermelho 3 mmOP1 , OP2 – Optoacopladores – 4N25

CapacitoresC1 – Capacitor Eletrolítico – 470 µF /

25 VC2 , C7 , C8 , C19 , C20 , C21 , C24 , C25 , C26 –

Capacitor Cerâmico – 100 nFC4 – Capacitor Eletrolítico – 100 µF /25 V

C9 , C10 – Capacitor CerâmicoC11 , C12 – Capacitor Eletrolítico – 10 µF

/ 16 VC14 , C22 , C23 – Capacitor Cerâmico – 180

pFC15 – Capacitor Cerâmico – 10 nF

ResistoresR18 – Resistor – 2,2 k ΩR7 , R8 – Resistor – 4,7 k Ω

R9 , R10 , R15 , R16 , R19 – Resistor – 10 k ΩR

1– Resistor – 120 Ω

R5 , R13 – Resistor 330 Ω

DiversosX1 – Cristal – 30 MHzL1 – Indutor 100 µH por 2,46 A –

DRA125-101-RSC1 – Suporte SIMCARD – SF9W-

006S4AR1200CN2 – Conector automativo Molex Mini-

-fit (macho) – 39-29-1087Conector automotivo Molex Mini-fit

(fêmea) – 39-01-2085CN7 , CN8 – Conector SMA fêmea 90

Graus – SMA-803-PM1 – Módulo GSM – SIM900DM2 – Módulo GPS – ME-1513Relé automotivo 40 A – TRA 116.213Antena ativa GPSAntena passiva GSMMicrofone eletreto

Observação: A maioria dos compo-nentes listados podem ser encontra-dos para comprar na Mouser ( www.mouser.com ) ou Venâncio ( www.venancio.ind.br )

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