Controle e monitoramento da fonte de alta-tensão: proposta, desenvolvimento e estágio atual.

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1 Controle e monitoramento da fonte de alta-tensão: proposta, desenvolvimento e estágio atual. Paulo Farias 1,2, Victor Ferraz 2, Breno Ramos 2, Linton Esteves 2, Germano Guedes 1 1 Laboratório de Energia Solar/UEFS 2 Engenharia de Computação/UEFS

2 Roteiro Proposta do sistema Desenvolvimento Interface de comunicação (CAN Bus) Próximas etapas Comentários finais

3 Proposta do sistema Desenvolver o protótipo de um sistema para monitoramento e controle de fontes de alta-tensão Baseado em microcontroladores PIC Protocolo CAN PIC 18F2680 Compatibilidade com o grupo responsável pela DAQ

4 Proposta do sistema Hardware de controle do PMT Fonte: Apresentação Integração da eletrônica de front-end Iuri Pepe dezembro/2007

5 Desenvolvimento Laboratório de Energia Solar (Labensol) Desenvolvimento de sistemas embarcados 8051, PIC, Atmega8, ARM, dspic Sistema genérico, escalável ( framework )

6 Desenvolvimento Projeto do hardware: esquemático padrão e componentes de uso comum. Firmware Aquisição de dados Controle de variáveis externas Armazenamento local Canais de comunicação

7 Sistema desenvolvido Sistema genérico de aquisição de dados Foi desenvolvido uma solução para vários problemas enfrentados no laboratório Composto por: Microcontrolador com ADC (conversor analógico-digital) Memória externa DAC (conversor digital-analógico) serial ou PWM

8 Microcontroladores Foram utilizados 2 microcontroladores: PIC16F877A PIC18F4550 Ambos possuem 40 pinos e 1 ADC com vários canais O PIC18F4550 possui um módulo USB para comunicação

9 Microcontroladores 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 I 2 C(Inter-Integrated Circuit) ADC: Possui 8 canais de aquisição Resolução máxima de 10 bits Tempo mínimo de aquisição de µs

10 Microcontroladores 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 I 2 C 1 Timer de 8 bits e 3 Timers de 16 bits Módulo USB ADC: Possui 13 canais de aquisição Resolução máxima de 10 bits Tempo mínimo de aquisição de 6.4 µs

11 Memória externa Para armazenamento de muitos dados, a memória do microcontrolador é insuficiente. Há, então, a necessidade de uma memória externa Foi utilizada a Microchip 24FC512 Características: Clock de 1 MHz Interface I 2 C compatível Pode ser ligada em cascata (máximo 8) Retenção de dados de 200 anos Capacidade de armazenamento de 512 Kbit (64K x 8)

12 DAC Pode ser realizado por várias formas: Através de um gerador PWM DAC Serial MAX515 Referencia interna de 2.048V Faixa de saída flexível (Vss à Vdd) 8 pinos Interface SPI

13 Comunicação O sistema desenvolvido possui comunicação serial, ou USB, no caso do PIC18F4550 Em uma aplicação no laboratório, um programa supervisório executado no PC adquiriu dados através da USB, simulando uma porta serial. O desenvolvimento da comunicação USB com HID (Human Interface Device) está em curso e é completamente viável. Também foi desenvolvida a comunicação por radiofreqüência, utilizando o transceptor LaipacTech TRF-2.4G

14 Firmware O núcleo básico do sistema genérico de aquisições de dados é baseado em uma máquina de estados O sistema permanece em um estado até que um evento ocorra e o faça alterar seu estado atual Aquisição de dados Término do horário de aquisição Início do horário de aquisição Ocioso Evento remoto Requisição atendida Requisição remota Requisição atendida Evento remoto

15 Protótipo

16 Protótipo

17 Aquisições e teste do sistema Foi realizado um teste de comparação entre os dados adquiridos com o sistema desenvolvido e um outro sistema já existente no laboratório (SecondWind Nomad2) Foram adquiridos dados de radiação solar, utilizando um radiômetro calibrado Kipp&Zonen CMP21 O sistema Nomad2 adquiriu 1 amostra a cada 1 minuto, enquanto o sistema desenvolvido adquiriu 2 amostras a cada minuto.

18 Aquisições Unidade remota SecondWind Nomad2

19 Interface de comunicação (CAN Bus) Compatibilidade com o grupo DAQ PIC 18F2680 MPLAB (IDE) + C18 (compilador C) Altium (esquemático e layout) Teste do protótipo Conversor CAN/USB (Kvaser Leaf Light)

20 Interface de comunicação (CAN Bus) Artifício para executar os testes de comunicação (Breno Ramos)

21 Próximas etapas Migração do código atual (compilador CCS) para o PIC 18F2680 (MPLAB/C18) Teste da comunicação CAN 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.

22 Comentários finais Captação de recursos (FAPESB, CNPq, RENAFAE) Instrumentação nuclea r Material de consumo Recursos humanos Estudantes de Engenharia de Computação e Física

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