Arduino Lab 07 Leitura de temperatura e indicação em um display GLCD de

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1 Arduino Lab 07 Leitura de temperatura e indicação em um display GLCD de Resumo Neste Lab faremos a leitura de um NTC comum a aplicações industriais e indicaremos os valores em um display GLCD de pontos que possui o controlador S6B0108 compatível com KS0108. No display também será mostrado a data e hora provenientes de um RTC DS1307. Imagem dados Display Teoria do GLCD Displays gráficos são componentes importantes em um projeto onde deseja-se indicar uma mudança no valor de variáveis em relação ao tempo, imprimir números e letras com um tamanho maior ou mostrar imagens monocromáticas indicativas de locais ou procedimentos em um equipamento.

2 Imagem Display O display que iremos utilizar neste Lab é o TM12864L-2 da empresa TGK que possui uma matriz de pontos monocromáticos. Este display é controlado por três CI s, sendo um chip S6B0107 e dois chips S6B0108. Ambos são compatíveis com os controladores KS0108B e KS0107B. O diagrama de blocos do display está indicado abaixo. Diagrama Interno Display Imaginando o display como uma matriz, o controlador S6B0107 faz o controle das linhas do display e os dois outros controladores S6B0108 controlam as colunas. Todo este trabalho exige um sincronismo preciso dos Drivers e do microcontrolador utilizado. Ainda no diagrama, observamos que as linhas de controle e dados E, D/I, R/W, RST e DB0 a DB7 são comuns aos dois controladores S6B0108. A habilitação de cada chip, feita pelos pinos CS1 e CS2, deve ser feita via software no lado do microcontrolador, ou seja, uma rotina de contagem da posição do cursor deve ser implementada para que os dados deixem de

3 ser transmitidos a um controlador e passem ao outro para gerar a imagem ou dado desejado no display. O driver S6B0107 controla as linhas do display de COM1 a COM64. O primeiro driver S6B0108 controla a metade esquerda do display (SEG1 a SEG64) e o segundo driver controla a metade do lado direito do display (SEG65 a SEG128). Como mencionado acima, as duas metades do display pode ser acessada através dos pinos CS1 e CS2. Cada metade consiste de 8 páginas horizontais (0 a 7) com um tamanho de 8 bits (1 byte). Este arranjo pode ser observado na imagem abaixo. Arranjo matriz do display Iniciando na página 0, na metade esquerda do display, se transmitirmos um byte de dados, estes irão acender os pixels da primeira coluna da página 0. Se repetirmos este procedimento durante 64 iterações e mudarmos para a segunda metade do display até a iteração 128 ser alcançada, as 8 primeiras linhas do display, de um total de 64, serão acionadas (pixels ligados). As próximas 8 linhas podem ser acesas se mudar o ponteiro de memória para o início do banco 1 na página 1. O número total de bytes necessários para completar o display: 2 * 64 pixels * 8 bits = 1024 bytes. O display possui ainda uma saída de tensão que, associado a um potenciômetro de 10K para o terra, serve para alimentação do

4 pino de contraste como observado na imagem abaixo. Imagem ligação contraste Infelizmente, os pinos de conexão do display não seguem uma padronização entre os fabricantes quanto a localização para a montagem. A tabela abaixo ilustra a descrição e numeração dos pinos para o módulo TM12864L-2. Tabela de correspondência dos pinos do GLCD Leitura do NTC No Arduino Lab 06 discutimos a implementação da leitura de um Termistor NTC muito comum em aplicações médicas e utilizando o método de amplificação do sinal e um algoritmo de terceira ordem para converter os valores lidos pelo AD em valores de temperatura inteligíveis, dada a natureza da não linearidade do NTC. Neste Lab iremos utilizar novamente um NTC, aplicando a equação de Steinhart Hart para obtenção dos valores de temperatura, sendo este muito comum em aplicações industriais

5 grassas ao seu encapsulamento metálico, tamanho do cabo e facilidade de implementação. Imagem Sensor Método de leitura Como também foi mencionado no Lab 06, estes sensores variam sua resistência quando expostos a variações de temperatura logo precisamos medir a resistência do sensor. Porém, microcontroladores não possuem um medidor de resistência embutido no encapsulamento possuindo apenas um medidor de tensão também conhecido como conversor AD. Logo, o que precisamos fazer é converter as variações de resistência em variações de tensão utilizando um divisor de tensão assim como é mostrado na figura abaixo.

6 Divisor de tensão com NTC Assumindo que o valor da resistência fixa seja de 10K e o resistor variável, que no caso é o NTC, seja chamado de R. A tensão de saída Vo pode ser obtida de acordo com a equação abaixo: Sendo Vcc a tensão de alimentação de 3V3 proveniente do Arduino. O valor da tensão no ADC, considerando um canal de 10 bits de resolução (0 a 1023), do Arduino será: Sabemos que a tensão resultante do divisor de tensão Vo é a tensão que entra no conversor AD Vi. Igualando Vo e Vi teremos:

7 Observando a equação, notamos que o termo Vcc pode ser eliminando, logo teremos: Com um pouco de algebrismo conseguimos isolar o que realmente nos interessa: O valor da resistência. A equação de Steinhart Hart é utilizada para converter os valores da variação de resistência em valores de temperatura para um sensor NTC. A mesma é descrita abaixo: Onde: A, B e C são chamados de parâmetros de Steinhart Hart e devem ser especificados para cada dispositivo. T é a temperatura absoluta e R é a Resistencia. No entanto, não temos todas as variáveis necessárias para aplicar ao NTC deste Lab então iremos utilizar uma equação que trabalha apenas com o parâmetro B do termistor. Esta equação é indicada abaixo. Para esta equação precisamos saber apenas o valor de To que

8 corresponde a temperatura ambiente a 25 ºC = K, do valor de B que corresponde ao coeficiente do termistor e neste caso vale 3950 (usualmente entre 3000 e 4000) e de Ro que corresponde a resistência do termistor a temperatura ambiente, que no nosso caso é de 10K ohms. Esquema de ligação O esquema de ligação utilizado neste Lab está ilustrado abaixo. Muita atenção deve ser dada a polarização da alimentação de cada componente pois este erro pode inutilizar os dispositivos. Uma tabela identificando claramente onde cada pino deve ser ligado é apresentada subsequentemente. Esquemático de montagem A imagem abaixo mostra em detalhe a ligação do display.

9 Imagem detalhe da ligação com o Display Tabela de ligação Algoritmo e testes No algoritmo deste Lab iremos utilizar uma biblioteca já pronta para comunicação com o GLCD. Muitas funções estão disponíveis para uma fácil interação. A mesma foi disponibilizada por uma comunidade denominada OpenGLCD e inclui um excelente material de explicação relacionado a

10 comunicação entre o microcontrolador e o display. O download da mesma está disponível neste link. Para a comunicação com o RTC DS1307, uma função foi escrita no proprio corpo do algorítmo principal utilizando as rotina de escrita e leitura no barramento I2C e as mesmas estão claramente explicadas no programa principal. Como estamos utilizando o Arduino Mega acoplado a protoboard, decidimos alterar os locais de conexão dos pinos entre o Display e o GLCD na biblioteca PinConfig_KS0108-Mega.h localizada dentro do diretório C:\Program Files (x86)\arduino\libraries\bperrybapopenglcd-356a96f3446c\config\ks0108. Após todos os ajustes, salve o programa e os difines estarão como na imagem abaixo. Imagem da definição dos pinos O Algoritmo principal da aplicação é indicado abaixo. [crayon-5a4ace37a81dd /] Conclusão Neste Lab fizemos a integração de um sensor NTC comum a aplicações industriais, de um RTC e de um Display gráfico ao

11 Arduino Mega. São inúmeras as possibilidades de modificação e integração com outros dispositivos dado o número de portas e memória ainda disponíveis no Arduino. E como sugestão, um sistema para escrita dos valores de temperatura, data e hora em um cartão SD pode ser implementado no intuito de se criar um data loger de temperatura.