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Controle e monitoramento da fonte de alta-tensão: proposta, desenvolvimento e estágio atual.
Paulo Farias1,2, Victor Ferraz2, Breno Ramos2, Linton Esteves2, Germano Guedes1
1Laboratório de Energia Solar/UEFS 2Engenharia de Computação/UEFS
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Roteiro
n Proposta do sistema
n Desenvolvimento
n Interface de comunicação (CAN Bus)
n Próximas etapas
n Comentários finais
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Proposta do sistema
n Desenvolver o protótipo de um sistema para monitoramento e controle de fontes de alta-tensão
n Baseado em microcontroladores PIC
n Protocolo CAN
¨ PIC 18F2680
¨ Compatibilidade com o grupo responsável pela DAQ
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Proposta do sistema
Hardware de controle do PMT Fonte: Apresentação “Integração da eletrônica de front-end”
Iuri Pepe dezembro/2007
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Desenvolvimento
n Laboratório de Energia Solar (Labensol)
n Desenvolvimento de sistemas embarcados
¨8051, PIC, Atmega8, ARM, dsPIC
n Sistema genérico, escalável (“framework”)
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Desenvolvimento
n Projeto do hardware: esquemático padrão e componentes de uso comum.
n Firmware
¨Aquisição de dados
¨Controle de variáveis externas
¨Armazenamento local
¨Canais de comunicação
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Sistema desenvolvido
n Sistema genérico de aquisição de dados
¨Foi desenvolvido uma solução para vários problemas enfrentados no laboratório
n Composto por:
¨Microcontrolador com ADC (conversor analógico-digital)
¨Memória externa
¨DAC (conversor digital-analógico) serial ou PWM
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Microcontroladores
n Foram utilizados 2 microcontroladores:
¨PIC16F877A
¨PIC18F4550
n Ambos possuem 40 pinos e 1 ADC com vários canais
n O PIC18F4550 possui um módulo USB para comunicação
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Microcontroladores
n PIC16F877A¨ CPU RISC (35 instruções)
¨ Clock de até 20 MHz¨ 8KWord de memória Flash¨ 368 Bytes de RAM¨ 256 Bytes de EEPROM¨ 2 Comparadores e geradores PWM¨ 1 USART (comunicação serial)¨ 33 pinos de entrada e saída digital¨ SPI (Serial Peripheral Interface) e I2C(Inter-Integrated Circuit)
¨ ADC:n Possui 8 canais de aquisição
n Resolução máxima de 10 bits
n Tempo mínimo de aquisição de 19.72 µs
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Microcontroladores
n PIC18F4550¨ CPU RISC (set de instruções estendida)¨ Clock de até 48 MHz¨ 32KBytes de memória Flash¨ 2048 Bytes de RAM¨ 256 Bytes de EEPROM¨ 2 Comparadores e 1 gerador PWM¨ 1 USART (comunicação serial)¨ 35 pinos de entrada e saída¨ SPI e I2C¨ 1 Timer de 8 bits e 3 Timers de 16 bits¨ Módulo USB
¨ ADC:n Possui 13 canais de aquisição
n Resolução máxima de 10 bits
n Tempo mínimo de aquisição de 6.4 µs
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Memória externa
n Para armazenamento de muitos dados, a memória do microcontrolador é insuficiente.
n Há, então, a necessidade de uma memória externa
n Foi utilizada a Microchip 24FC512¨ Características:
n Clock de 1 MHzn Interface I2C compatíveln Pode ser ligada em cascata (máximo 8)n Retenção de dados de 200 anosn Capacidade de armazenamento de 512 Kbit (64K x 8)
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DAC
n Pode ser realizado por várias formas:¨ Através de um gerador PWM
¨ DAC Serialn MAX515
¨ Referencia interna de 2.048V¨ Faixa de saída flexível (Vss à Vdd)¨ 8 pinos¨ Interface SPI
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Comunicação
n O sistema desenvolvido possui comunicação serial, ou USB, no caso do PIC18F4550
n Em uma aplicação no laboratório, um programa “supervisório” executado no PC adquiriu dados através da USB, simulando uma porta serial.
n O desenvolvimento da comunicação USB com HID (Human Interface Device) está em curso e écompletamente viável.
n Também foi desenvolvida a comunicação por radiofreqüência, utilizando o transceptor LaipacTechTRF-2.4G
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Firmware
n O núcleo básico do sistema genérico de aquisições de dados é baseado em uma “máquina de estados”
n O sistema permanece em um estado até que um evento ocorra e o faça alterar seu estado atual
Aquisição de dados
Requisição remota
Ocioso
Término do horáriode aquisição
Início do horáriode aquisição
Requisiçãoatendida
Requisiçãoatendida
Eventoremoto
Eventoremoto
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Protótipo
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Protótipo
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Aquisições e teste do sistema
n Foi realizado um teste de comparação entre os dados adquiridos com o sistema desenvolvido e um outro sistema já existente no laboratório (SecondWind Nomad2)
n Foram adquiridos dados de radiação solar, utilizando um radiômetro calibrado Kipp&Zonen CMP21
n O sistema Nomad2 adquiriu 1 amostra a cada 1 minuto, enquanto o sistema desenvolvido adquiriu 2 amostras a cada minuto.
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Aquisições
Unidade remota SecondWind Nomad2®
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Interface de comunicação (CAN Bus)
n Compatibilidade com o grupo DAQ
¨ PIC 18F2680
¨MPLAB (IDE) + C18 (compilador C)
¨ Altium (esquemático e layout)
n Teste do protótipo
¨Conversor CAN/USB (Kvaser Leaf Light)
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Interface de comunicação (CAN Bus)
n Artifício para executar os testes de comunicação (Breno Ramos)
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Próximas etapas
n Migração do código atual (compilador CCS) para o PIC 18F2680 (MPLAB/C18)
n Teste da comunicação CAN
n Ensaios com a fonte de alta-tensão
¨ Definição do sinal de ajuste do set-point
¨ Circuitos de amostragem para a realimentação da corrente e tensão de saída.
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Comentários finais
n Captação de recursos (FAPESB, CNPq, RENAFAE)
¨ Instrumentação nuclea r
¨Material de consumo
n Recursos humanos
¨ Estudantes de Engenharia de Computação e Física