Leitura de Temperatura e Umidade pelo Logo

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1 Leitur de Tempertur e Umidde pelo Logo N edição nº 4 (setembro/outubro 5) publicmos um rtigo referente um circuito pr leitur de tempertur pel port prlel de um PC pelo Logo. Este novo rtigo, lém de possibilitr leitur de tempertur, reliz tmbém leitur de umidde reltiv, um importnte vriável em diversos processos encontrdos ns indústris e em outrs tividdes. Níveis de Dificuldde 4 mecânic eletrônic informátic custo (vej pg. ) José Alberto N. Cocot Jr. A umidde reltiv é um vriável importnte ser controld em diversos processos industriis e em mbientes prediis. El é controld, por exemplo, em indústris de ppel e celulose, químic/ petroquímic, limentíci, têxtil, de fumo, frmcêutic, eletrônic, cerâmic e tmbém pr secgem e rmzenmento de grãos, museus, pesquis e desenvolvimento. Em tods ests áres, umidde é controld fim de grntir conservção ou qulidde de lgum bem e té mesmo pode ser controld pr segurnç. Antes de definir o controle d umidde em um processo, é necessário definir de que modo será relizd medid d mesm. A umidde pode ser mostrd trvés de um umidostto ou de um sensor nlógico. No rtigo d edição nº 4 presentmos diferenç entre um termostto e um sensor nlógico de tempertur, o conceito se plic de modo semelhnte o princípio de funcionmento de um umidostto e um sensor nlógico. Entretnto, tempertur influi n leitur d umidde reltiv, e, por cont disso, é preciso relizr mostrgem de tempertur pr compensção do vlor mostrdo d umidde. UMIDADE A umidde pode ser descrit como: Umidde reltiv: rzão de águ em relção à pressão de sturção; Umidde específic: mss de águ por unidde de mss de r seco; Rzão de volume: prte de vpor de águ por milhões de prtes de r. Neste rtigo presentremos pens form de relizr leitur d umidde reltiv. Pelo método clássico, umidde reltiv é obtid ns crts psicométrics e definid pel leitur de dois termômetros. Relizndo medid d tempertur de bulbo seco e de bulbo úmido encontr-se, trvés de fórmuls, umidde reltiv. NOSSA PROPOSTA Neste rtigo propomos construção de um medidor digitl de tempertur de bulbo seco e umidde reltiv prtir de sensores nlógicos com síds lineres ligdos conversores nlógico-digitl (A/D). Estes conversores A/D são ligdos à port prlel do PC e, trvés de um progrm escrito em Logo, é possível visulizr tempertur e umidde mostrds. A montgem deste medidor vis oferecer o leitor oportunidde de dquirir conhecimentos em eletrônic, quisição de ddos e progrmção. O CIRCUITO O circuito pr medir tempertur e umidde é constituído, bsicmente, por um sensor de tempertur de silício (LM5), um sensor de umidde reltiv cpcitivo (HIH-6 ou HIH-4) e dois conversores A/D (TLC548) de 8 bits, conforme mostrdo n figur. A vntgem de trblhr com os sensores de tempertur LM5 e o de umidde HIH-6 está no fto de mbos presentrem síds lineres e dispensrem clibrção economizndo, deste modo, tempo n implementção do projeto.

2 Digrm do circuito eletrônico. R LM5 Anlog IN VIN OUT CI R C 75 Ω, µf C µf P 47 kω SIGN P 47 kω 8 bits A/D CI TLC548 VCC Clock D OUT C R R 4 R J R HIH-6 Anlog IN OUT CI VIN SIGN 8 bits A/D CI4 TLC548 VCC Clock D OUT C R 7 R 8 R 9 R 56 Ω D Síd do sinl do sensor LM5. V out (mv) t ( o C) Sinl digitl referente conversão A/D pr 5 grus Celsius (cheg o pino d port prlel). MSB LSB Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit Bit Bit Bit = 5 dec Conversão d Tempertur O sensor nlógico de tempertur, o LM5, irá fornecer o conversor A/D um tensão de mv pr cd gru Celsius medido. Assim, teremos n síd do sensor (OUT) um sinl liner, representdo n figur. Este sinl nlógico, fornecido pelo sensor LM5 (CI ), cheg o pino do conversor A/D TLC548 (CI ). O conversor A/D é responsável pel conversão deste sinl nlógico em digitl, pr que o PC poss interpretr o ddo mostrdo. Ligdo o conversor A/D, há um potenciômetro (P ) que deve ser reguldo de tl modo que forneç no pino (+), um tensão de,56 V. Assim, qundo o conversor A/D de 8 bits for relizr um conversão, ele irá dividir est tensão de referênci por n, onde n = 8, e 8 = 56 prtes, obtendo dest divisão um relção de que, cd vrição de mv no sensor nlógico, hverá vrição de um bit no conversor A/D. Suponhmos que tempertur ser medid sej de 5ºC, deste modo teremos seguinte relção: ) N síd do sensor Vout =,5 Volts = 5 mv b) Entrd +Vref do conversor A/D c) N síd (D_OUT) do conversor A/D Teremos um seqüênci digitl de 8 bits ( byte) representdo pel figur. Conversão d Umidde N síd do sensor (OUT) teremos um sinl liner, como representdo n figur 4. Verifique que síd do sensor, pr mesm umidde reltiv mostrd, modific-se de cordo com tempertur, como presentdo nteriormente. Deste modo fz-se necessári um compensção d tempertur no vlor mostrdo d umidde. Os sensores nlógicos de umidde reltiv HIH-6- e HIH-6-4 (figur 5) são compnhdos por um folh de clibrção. Est folh de clibrção fornece importntes ddos pr um corret mostrgem d umidde reltiv. No cso do sensor utilizdo neste projeto, segundo su folh de clibrção, ele presentv um vrição de,5 mv (Slope) pr cd % de umidde reltiv medid, 5 o C. E 4 Síd em Tensão x Umidde Reltiv O ºC, 5 ºC, 85 ºC. Síd em tensão (Vdc) , Umidde Reltiv (%) 4,7,9,5 85 o 5 o o

3 Jumper 5 Sensor nlógico de umidde. 6 Sinl digitl referente conversão A/D pr 5% de Umidde Reltiv (cheg o pino d port prlel). MSB LSB Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit Bit Bit Bit = 7 dec um tensão máxim de síd de,9 Vdc pr % de umidde reltiv, e um tensão mínim de,869 Vdc pr % de umidde reltiv. O sinl nlógico fornecido pelo sensor HIH-6 (CI ) cheg o pino do conversor A/D TLC548 (CI 4 ). O conversor A/D é responsável pel conversão deste sinl nlógico em digitl, pr que o PC poss interpretr o ddo mostrdo. Ligdo o conversor A/D, há um potenciômetro (P ) que deve ser reguldo de tl modo que forneç no pino (+), um vlor igul à tensão máxim de síd do sensor. Assim, qundo o conversor A/D de 8 bits for relizr um conversão, ele irá dividir est tensão de referênci por n, onde n = 8, e 8 = 56 prtes, obtendo dest divisão um relção de que, cd vrição de 5, mv no sensor nlógico, hverá vrição de um bit 8 Lyout d plc de circuito impresso. 7 Obtendo 5 Vcc prtir de um fonte de Vcc. C µf J snyo P + Vcc R kω CI 5 LM 785 D C 4 µf no conversor A/D. Suponhmos que umidde reltiv ser medid sej de 5%, deste modo teremos seguinte relção: ) N síd do sensor Vout =,6 Volts = 6 mv b) Entrd +Vref do conversor A/D c) N síd (D_OUT) do conversor A/D Teremos um seqüênci digitl de 8 bits ( byte) representdo pel figur 5. Depois de dquirido este sinl pelo PC, necessit-se relizr conversão deste vlor deciml em um vlor d umidde reltiv correspondente, incluindo o cálculo pr compensção d tempertur. Considere tempertur de 5 o C. Fz-se est conversão d seguinte form: Vout = Leitur * Vmx / 55 Vout = 7 *,9 / 55 UR = (Vout-Vmin)/Slope UR = (,644-,869)/,5 VUR = (UR)/ (,546-,6*temp) VUR = (UR)/ (,546-,6*5) Obtém-se, deste modo, verddeir umidde reltiv (VUR) de 5%. A fonte de limentção deve ser de 5 Vdc reguld. Cso o leitor não disponh de um fonte com est tensão de síd, poderá montr um prtir de um fonte de Vdc (5 ma). Observe figur 7. MONTAGEM ELETRÔNICA N figur 8 o leitor tem o lyout pr o circuito impresso usdo pr o nosso medidor. O leitor poderá tmbém relizr montgem em um plc pdrão ou mesmo em um mtriz de conttos, neste cso, pens pr testes do medidor ou mesmo pr um rápid demonstrção. Aconselhmos colocr suportes pr os CIs. Assim, qulquer substituição será fcilitd. Um cuiddo especil deve ser tomdo durnte ligção dos componentes polrizdos (diodos, sensores e conversores), pois qulquer inversão, lém de provocr o não funcionmento do circuito, poderá cusr queim do componente, crretndo P P CI R 6 R CI C R R R 5 R 4 D R CI 4 CI R 9 R 8 R 7 CN CN CN 5 Vcc Pino 6 Pino Pino Pino 7 4

4 9 Pingem dos CIs utilizdos. LM5 +Vs Vout HIH-6 Vout +Vs V CC I/O CLOCK DATA OUT CS TLC ANALOG IN - su perd. Vej n figur 9 os pinos dos CIs utilizdos. Os conectores prfusáveis dotdos em nosso medidor podem ser ignordos e, neste cso, os fios devem ser solddos diretmente n plc. O PROGRAMA O progrm está disponível em nosso site ( com.br) pr downlod. Ele foi desenvolvido n lingugem LOGO. O interpretdor pr o progrm pode ser obtido grtuitmente no site do Nied ( Ao executr o progrm lertempertur, o mesmo precerá n tel de controle conforme figur. Portnto, é só pressionr o botão LIGA pr que sej inicid leitur d tempertur e exibição d mesm n tel. Tel do progrm. Já o funcionmento do progrm está descrito no fluxogrm representdo pel figur. Bsicmente, qundo o progrm inici leitur de tempertur, ele execut três blocos com funções distints. O primeiro é compreendido por um conjunto de comndos que levm os pinos I/O CLOCK (Clock) e CS (Chip Select) pr o nível lógico lto e bixo em um determind seqüênci, que é responsável pel inicilizção do conversor A/D. Assim que finlizd est primeir etp, os bits 7 se encontrm disponíveis nos pinos e d port prlel. Atrvés do vlor deciml obtido d leitur dos níveis lógicos de entrd d port prlel, verific-se quis pinos estão em nível lógico lto ( bin) ou bixo ( bin). Vej tbel. T Vlor deciml. Pino (D_OUT do CI) BITs Pino (D_OUT do CI4) Vlor Deciml Cso o pino estej em nível lógico lto, ele cumul à vriável temp o vlor deciml correspondente este bit, e cso ocorr o mesmo com o pino, o progrm cumul à vriável umid o vlor deciml correspondente este bit. Reliz-se então leitur dos bits restntes. Qundo finlizd leitur de todos os 8 bits ( byte) correspondente conversão nlógic pr digitl de cd sensor, será exibido o vlor d vriável temp e umid, que serão resultdos dos somtórios ds conversões dos 8 bits de cd conversor (vlor digitl) em um vlor deciml. Verifique se os vlores de tensão máxim e mínim, ssim como o vlor do slope do sensor de umidde que disponh são iguis os presentdos neste projeto. Cso não sejm, modifique-os no progrm. TESTE E USO Após o término d montgem, é conselhável que o leitor fç um revisão de tods s ligções elétrics. Use um multímetro como testdor de continuidde pr verificr ests ligções. Antes de pressionr o botão LIGA, o leitor deve conectr o cbo de comunicção entre o PC e o circuito, e em seguid ligr fonte de limentção do circuito. Meç tensão n síd (Vout) do sensor de tempertur LM5 e verifique se o vlor exibido n tel do progrm corresponde o vlor medido pelo multímetro. Por exemplo, se estiver 5 o C, o vlor n síd do sensor nlógico deverá estr próximo,5 volts. Fç o mesmo com o sensor de umidde. O leitor com experiênci em progrmção poderá modificr o progrm, relizndo um mior número de mostrs de tempertur e,umidde em um curto intervlo de tempo. E prtir desses ddos mostrdos, relizr um médi ritmétic, exibindo, deste modo, o vlor d médi, o invés de pens um vlor List de mteriis Resistêncis (/8 W) R 75 Ω R, R, R 4, R 5, R 6, R 7, R 8 e R 9 R 56 Ω R kω Potenciômetros P e P - 47 kω Semicondutores D e D LED de mm vermelho CI Sensor de tempertur LM5 CI e CI 4 Conversor TLC548 ou TLC549 CI Sensor de umidde reltiv HIH-6 - Honeywell. CI 5 Reguldor de tensão LM785 Cpcitores C, µf cpcitor poliéster ou cerâmico C µf cpcitor eletrolítico C µf x 5 V - eletrolítico C 4 µf x 6 V eletrolítico Conectores CN e CN - conector prfusável do tipo molex com terminis. CN conector prfusável do tipo molex com terminis; J - conector DB5 mcho; J - conector Snyo P fême. Diversos Fios pr ligção, soquetes de 8 pinos, plc de circuito impresso virgem pr montgem, fonte de limentção dc, sold, col. 5

5 Fluxogrm do progrm. lertempumid Lig pressiondo? LIGA = 8? temp :temp+ umid :umid+ temp :temp+4 LIGA Iniciliz o conversor A/D Fech pressiondo? FIM Lê entrd Bit 7 = 8? temp :temp+8 umid :umid+8 Lê entrd Bit 6 temp :temp+8 umid :umid+8 Lê entrd Bit 4 = 8? Lê entrd Bit = 8? temp :temp+ umid :umid+ temp :temp+6 umid :umid+6 temp :temp+6 umid :umid+6 Lê entrd Bit = 8? Lê entrd Bit = 8? umid :umid+4 temp :temp+ umid :umid+ temp :temp+ umid :umid+ temp :temp+ umid :umid+ = 8? Lê entrd Bit 5 temp :temp+64 umid :umid+64 temp :temp+64 umid :umid+64 Lê entrd Bit = 8? temp :temp+8 umid :umid+8 temp :temp+8 umid :umid+8 temp :temp+4 umid :umid+4 temp :temp+ umid :umid+ Clcul Umidde Reltiv Mostr vlor de temp e umid FIM 6

6 Fixção do circuito em um cix metálic. Obtém-se ssim um vlor mis próximo do rel. Além disso, precisrá clculr o desvio pdrão e dicionr este vlor cd ddo lido ntes de tirr médi ritmétic. SOLUÇÃO DOS PROBLEMAS MAIS COMUNS A seguir, listmos lguns problems comuns de ocorrer: O vlor exibido no progrm não está próximo do lido pelo multímetro! Possíveis soluções: - Verifique se o potenciômetro P está reguldo de modo fornecer,6 volts no pino + do conversor A/D CI, e se o potenciômetro P está reguldo de modo fornecer um vlor igul à máxim tensão de síd do sensor de umidde no pino + do conversor A/D CI 4 ; - Pode existir mu contto. Verifique tods s ligções. Lembre-se que circuitos nlógicos são muito sensíveis e qulquer mu contto gerrá erros. No site é possível fzer o downlod do código-fonte do progrm lertempeumid em LOGO e plc de circuito impresso. - Resultdos melhores poderão ser obtidos montndo o circuito e fixndo-o em um cix metálic. O cbo de conexão do PC o circuito deverá ser blinddo. Vej figur. O vlor mostrdo está cim do vlor rel! - Como os corpos dos sensores são negros, mbos bsorvem com fcilidde clor por rdição. Pr evitr este tipo de erro, deverá ser colocdo o circuito dentro de um cix escur, com pequens frests próxims o sensor pr circulção do r que terá su tempertur mostrd. De preferênci, fce extern dest cix deverá ser de um colorção que minimize bsorção de clor por rdição. CONCLUSÃO Neste rtigo, o leitor consttou fcilidde de dquirir ddos nlógicos de mis de um sensor pel port prlel de um PC. O leitor poderá proveitr prte do circuito responsável pel conversão A/D pr mostrr outros tipos de ddos nlógicos. Espermos que de lgum mneir, os ddos qui divulgdos possm judr todos. 7