Sistema de Controlo de Potência de Motores DC

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1 Departamento de Engenharia Electrotécnica Sistema de Controlo de Potência de Motores DC Trabalho Realizado por : Júlio Guerreiro N.º 1674 Luís Oliveira N.º 1654 Trabalho Final de Curso do 1º Ciclo Em Engenharia Electrónica e Computadores Orientador: Prof. António Abreu Outubro/2003 -I-

2 Agradecimentos A equipa que projectou e construiu este robot agradece ao Prof. António Abreu pela orientação no desenvolvimento do projecto, assim como pelos seus ensinamentos que estiveram na base de muitas das opções feitas na construção do RoboTank. Gostaríamos ainda agradecer ao Departamento de Electrónica da Escola Superior de Tecnologia de Setúbal pelo apoio em componentes, equipamentos de laboratório, oficinas e espaço, que tornaram possível este trabalho, e a todos aqueles que contribuíram para o sucesso deste projecto, quer através de preciosas sugestões quer de apoio moral e/ou material. Em particular agradecemos aos nossos colegas Rui Pimenta e Daniel Santos pela ajuda prestada na obtenção de determinados componentes. -II-

3 Curso :Engenharia de Electrónica e Computadores Título do projecto : Sistema de controlo de potência de motores DC Autores : Júlio Guerreiro N.º 1674 Luís Oliveira N.º 1654 Orientador: Prof. António Abreu Projecto concluído em 24 de Outubro de III-

4 Resumo: Neste relatório explica-se o projecto de um controlador de um motor CC para aplicação a um robot móvel terrestre, bem como outros aspectos relacionados com este tipo de veículo. Mais concretamente, descreve-se como é que todo o sistema foi projectado, desde a escolha dos diversos componentes, até à forma como se interligam todas as partes de maneira a se obter uma melhor estabilidade, rigidez e autonomia, baseado numa arquitectura modular. Palavras-chave: Microcontroladores, Motores DC, PWM, módulos RF, comunicação série. -IV-

5 Title: Power control of DC motors. Abstract: We explain, in this report, the design of a DC motor controller to be used on a terrestrial mobile robot, as well as other aspects related to this kind of vehicle. Actually we describe how the system was designed, starting from the selection of the parts to the way they interconnect to obtain better estability, harshness and autonomy, based on a modular architecture. KEY-WORDS: Microcontroler, DC motors, PWM, RF Modules, serial communication -V-

6 Índice Agradecimentos... II Índice...VI Lista de Figuras...X Lista de Tabelas... XII Lista de Acrónimos e Abreviaturas...XIII 1. Introdução Corpo do Relatório Estrutura Metálica Esquema de Blocos Motores Interface de Comunicação Introdução Algumas Noções Teóricas Comunicação Entre Dois Dispositivos Descrição dos Pinos e Sinais Utilizados Pinos de Dados Utilizados Estados dos Sinais Formato dos Dados Série Comunicação Síncrona e Assíncrona Transmissão dos Bits Baud Rate Conversores de Nível RS Desenvolvimento Testes Conclusões MicroControlador Introdução Algumas Noções Teóricas VI-

7 Microcontrolador PWM Desenvolvimento Algoritmo simplificado do programa do microcontrolador Funcionamento do porto série e leitura de comandos Loop de espera de novo comando/ Detector de erro de comunicação Funcionamento do módulo de PWM Funcionamento dos leitores de tacómetros Funcionamento do descodificador de comando Rotinas para acções sobre os motores Rotinas para informações sobre os motores Rotina que controla o envio pela porta série Código completo do microcontrolador Testes Conclusões Módulos de Potência (drivers) para Motores DC Drivers Introdução Algumas Noções Teóricas Desenvolvimento Testes Conclusões Ponte em H Introdução Algumas Noções Teóricas Desenvolvimento Descrição do Circuito (figura 6.4) Melhorias Introduzidas Protecção Contra Sobrecargas Placas PCB Modo de Utilização Testes Conclusões VII-

8 7. Realimentação Introdução Algumas Noções teóricas Desenvolvimento Testes Conclusões Alimentação Introdução Algumas Noções Teóricas Desenvolvimento Testes Conclusões Carregamento de Baterias Controlo RF Introdução Algumas Noções Teóricas Modulação por Comutação de Amplitude (ASK) Desenvolvimento Testes Conclusões Software Introdução Algumas Noções Teóricas Desenvolvimento Sistema de Utilizadores Detecção de falhas de comunicação Comando Classes Desenvolvidas Conclusões Referências Bibliográficas VIII-

9 Anexos IX-

10 Lista de Figuras Figura 2.1 Perspectiva geral da estrutura metálica (vista a partir da frente do veículo) Figura 2.2 Diagrama de blocos do sistema Figura Ligação série entre 1 DTE (computador) e 1 DCE (dispositivo), usando os pinos 2 e 3, para transmissão de dados (TD) e recepção dos mesmos (RD). Figura Numeração dos pinos de um conector macho DB-9 (9 pinos). Figura Definição dos estados dos sinais de dados e sinais de controlo. Figura Formato dos dados série. Figura Descrição dos pinos do driver/receiver RS-232: MAX-232. Figura Esquemático do módulo de comunicação Figura Sinais PWM com vários duty cycles Figura 5.1 Esquema de ligações para o controlo bidireccional de um motor DC Figura 5.2 Circuito resultante da interligação do circuito de comando e o circuito de potência. Figura 5.3 Esquema interno do driver L298 Figura 6.1 Configuração de ponte em H Figura 6.2 Input 2_1 e Input 2_2 com 24 Volts e Input 1_1 e Input 1_2 com 0Volts. Figura 6.3 Input 1_1 e Input 1_2 com 24 Volts e Input 2_1 e Input 2_2 com 0 Volts. Figura 6.4 Esquema eléctrico Figura 6.5 Esquema simplificado Figura 6.6 Ilustração das placas PCB Figura 7.1 Tipo de sinais à saída do tacómetro Figura 7.2 Tipos de codificadores ópticos Figura 7.3 Circuito de ligações dos tacómetros ao microcontrolador Figura 8.2 Diagrama de baterias -X-

11 Figura 8.3 Esquema de Ligações das baterias Figura 10.1 Receptor AM RF RECEIVERS AM-HRR6-XXX Figura 10.2 Emissor AM Hybrid Transmitter AM-RTn-XXX Figura Sinal ASK. Figura 10.4 Espectro de amplitudes de um sinal ASK. Figura Circuito de ligações do módulo RF -XI-

12 Lista de Tabelas Tabela 3.1 Pinos da porta série e sinais correspondentes. Tabela 5.1 Quadro resumo para a rotação dos motores Tabela 7.1 Quadro resumo dos tacómetros Tabela 8.1 Tipo de baterias -XII-

13 Lista de Acrónimos e Abreviaturas PWM Pulse Width Modulated DTE Data Terminal Equipment DCE Data Communication Equipment RS-232 Recommended Standard number 232 TD Transmitted Data RD Received Data RTS Request To Send CTS Clear To Send DTR Data Terminal Ready DSR Data Set Ready CD Carrier Detect RI Ring Indicator LSB Least Significant Bit MSB Most Significant Bit LCD Liquid Cristal Display ASK Amplitude Shift Keying -XIII-

14 1. Introdução O Projecto RoboTank é um projecto de mecatrónica, pelo que abrange componentes de hardware (mecânica e electrónica) e de software (programação), realizado no âmbito da cadeira de Projecto I do Curso de Engenharia em Electrónica e Computadores da ESTS do Instituto Politécnico de Setúbal. O principal objectivo é realizar o controlo independente de 2 motores de Corrente Contínua, inseridos num veículo capaz de se deslocar em qualquer direcção. O controlo dos motores é realizado através de PWM com realimentação através de encoders. Convém deste já realçar o facto de que não tivemos qualquer tipo de influência na escolha de alguns dos materiais empregues na estrutura do veículo, nomeadamente qual o tipo de material empregue no chassi, quais as dimensões, os tipos de rodas, que tipos de motores a usar e tipo de baterias. Basicamente o projecto é constituído por 9 partes: 1 Estrutura metálica 2 Motores 3 Interface de comunicação 4 Microcontroladores 5 Drivers 6 Ponte em H 7 Realimentação 8 Alimentação 9 Software de Controlo Estas partes representam os tópicos que se abordam no relatório. -1-

15 2. Corpo do Relatório Segue-se uma explicação mais detalhada dos blocos que constituem o veículo Estrutura Metálica Como o próprio nome indica, a estrutura é em metal e foi construída por colegas de anos anteriores, também no âmbito do projecto final de curso. Não fazendo parte do nosso projecto, damos a conhecer um pouco da estrutura. A estrutura é constituída por uma base em metal, revestida nas partes laterais por uma protecção em borracha, como medida de segurança tomada para amortecer eventuais choques do veículo. Contém ainda duas rodas fixas ligadas a dois motores por meio de cintas de borracha, assim como duas rodas loucas. Existe ainda um contador de rotações cujo nome técnico é tacómetro, que permite calcular a que velocidade se move o veículo. A figura 2.1 representa a configuração da base do RoboTank que assume uma forma rectangular. Figura 2.1 Perspectiva geral da estrutura metálica (vista a partir da frente do veículo) -2-

16 As dimensões do veículo são cm, o que faz com que as manobras de contorno de obstáculos e prevenção de colisões se tornam complicadas, exigindo uma maior carga computacional Esquema de Blocos O sistema terá uma constituição do tipo modular, conforme a figura 2.2, em que cada módulo terá ligação a uma unidade central. Toda a informação relevante será visualizada num PC. O diagrama de blocos da figura 2.2 pretende dar uma perspectiva funcional geral do sistema, agregando todos os blocos. Figura 2.2 Diagrama de blocos do sistema De uma forma muito superficial, o funcionamento do sistema é o seguinte: O PC envia um comando para o microcontrolador e este reage de acordo com o comando. Os comandos tanto podem ser de acção (acelerar, travar, para etc.) como de informação (Velocidade pretendida, PWM gerado, valor dos tacómetros etc.). Os comando de acção são basicamente comandos de escrita, que alteram o valor do PWM gerado, enquanto que os comando de informação são meramente de leitura, que retornam valores para o PC. Em paralelo existe um processo de contagem de impulsos gerados pelos tacómetros, que permitem saber a velocidade a que o veículo se movimenta. -3-

17 2.3. Motores Os motores que nos foram previamente fornecidos, são motores da Maxon de CC e funcionam como uma tensão de alimentação de 24 V. Não nos é possível especificar mais características desde dispositivo devido ao facto de não termos acesso ao datasheet, nem mesmo através da internet uma vez que se trata de um modelo antigo. -4-

18 3. Interface de Comunicação 3.1. Introdução Esta interface permite a comunicação entre uma unidade de comando (PC), que faz o controlo do RoboTank, e o próprio veículo. O protocolo escolhido para a implementação deste módulo de comunicação foi o RS- 232, devido à facilidade de implementação e às suas características apropriadas para este tipo de aplicações, como por exemplo a utilização de apenas 3 fios. A necessidade da utilização deste módulo vem do facto da incompatibilidade de níveis de tensão existentes entre a porta série de um PC e a porta série de um micro controlador Algumas Noções Teóricas A comunicação série é o protocolo de baixo nível mais comum usado para comunicação entre dois ou mais dispositivos. Este protocolo é standard em todos os computadores pessoais, cuja maioria inclui duas portas série RS-232. O conceito de comunicação série é simples. Como o próprio nome sugere, a porta série envia e recebe bytes de informação, um bit de cada vez Comunicação Entre Dois Dispositivos No standard RS-232, os dois dispositivos ligados com cabo série são designados por DTE (Data Terminal Equipment) e DCE (Data Communication Equipment). Esta terminologia reflecte-se na origem da norma RS-232 como o standard para comunicação entre um computador e um outro dispositivo, no nosso caso o microcontrolador. O computador é considerado um DTE, enquanto que o dispositivo periférico é assumido como DCE. -5-

19 Basicamente a ligação entre um DTE e um DCE é feita como mostra a figura 3.1 Figura Ligação série entre 1 DTE (computador) e 1 DCE (dispositivo), usando os pinos 2 e 3, para transmissão de dados (TD) e recepção dos mesmos (RD) Descrição dos Pinos e Sinais Utilizados A numeração dos pinos de um conector macho de 9 pinos é ilustrada na figura 3.2. Figura Numeração dos pinos de um conector macho DB-9 (9 pinos). Os pinos e respectivos sinais associados ao conector de 9 pinos estão contidos na tabela 3.1. Tabela Pinos da porta série e sinais correspondentes. -6-

20 3.5. Pinos de Dados Utilizados A maioria dos dispositivos com porta série suportam comunicação full-duplex, ou seja, podem receber e transmitir dados simultaneamente. Assim, pinos separados são usados para transmitir e receber. Para estes dispositivos, os pinos TD (Transmitted Data), RD (Received Data), e GND (Ground) são usados. No entanto, alguns tipos de dispositivos com porta série suportam somente comunicação num sentido (simplex). Para estes equipamentos, só os pinos TD e GND são usados. Neste projecto foi utilizada uma comunicação série full-duplex. O pino TD transporta dados transmitidos do DTE para o DCE. O pino RD transporta dados recebidos do DTE provenientes do DCE e o pino GND é a massa. Os outros pinos não são utilizados neste projecto, mas deve ficar a ideia de que existem pinos de controlo (RTS e CTS, DTR e DSR, CD, e RI) que permitem sinalizar a presença de dispositivos ligados e controlar o fluxo de dados Estados dos Sinais Os sinais podem estar num estado activo ou estado inactivo. Para sinais de dados, o estado on (activo) corresponde ao 1 lógico, representado pela gama de valores de tensão dos sinais de [-3 V, -15 V], enquanto que o estado off (inactivo, ou 0 lógico) ocorre para tensões no intervalo [+3 V, +15 V]. Para sinais de controlo, o estado on (activo) corresponde ao 0 lógico, ocorrendo para valores de tensão positivos [+3 V, +15 V]. O estado off (inactivo, ou 1 lógico) ocorre para tensões na gama [-3 V, -15 V]. A região de tensões entre -3 V e +3 V é uma região de transição: um sinal com uma tensão pertencente a este intervalo não é interpretado, ou seja, o estado do sinal não é definido. Os estados on e off dos sinais de dados e de controlo mostram-se na figura

21 Figura Definição dos estados dos sinais de dados e sinais de controlo Formato dos Dados Série O formato dos dados série utilizados neste projecto incluem 1 bit de início (start bit), 8 bits de dados e 1 bit de fim (stop bit). A figura 3.4 ilustra o formato dos dados série. Figura Formato dos dados série Comunicação Síncrona e Assíncrona O standard RS-232 suporta 2 tipos de protocolos de comunicação: comunicação síncrona e comunicação assíncrona Transmissão dos Bits Baud Rate Por definição, os dados série são transmitidos 1 bit de cada vez. A ordem pela qual cada bit é enviado é feita de acordo com as considerações seguintes: 1. O start bit é transmitido com o valor 0; 2. Os bits de dados são transmitidos. O primeiro bit de dado corresponde ao least significant bit (LSB), enquanto que o último bit de dados corresponde ao most significant bit (MSB); 3. O bit de paridade (se definido) é transmitido; -8-

22 4. Um ou vários stop bits são transmitidos, com um valor 1. Baud Rate O número de bits transferidos por segundo é designado baud rate. Os bits transferidos incluem, como já visto, o start bit, os bits de dados, o bit de paridade (se definido), e o(s) stop bits. Por exemplo, 300 baud corresponde a 300 bits/segundo. Quando é referido um ciclo de relógio, fala-se da baud rate. Baud rates comuns para linhas telefónicas são 14400, 28800, e Start Bit e Stop Bits Como a comunicação série utilizada é assíncrona, significa que o byte transmitido deve ser identificado pelo start bit e stop bits. O start bit indica quando é que o byte de dado está para começar; o(s) stop bit(s) indica(m) quando o byte foi transferido. O processo de identificação de bytes com o formato série obedece aos seguintes passos: 1. Quando um pino da porta série está idle (não transmitindo dados), então está num estado on; 2. Quando os dados estão prestes a ser transmitidos, o pino da porta série alterna para um estado off devido ao start bit; 3. O pino da porta série alterna novamente para o estado on devido ao(s) stop bit(s), indicando o fim do byte transmitido. O(s) stop bit(s) são usados então para sinalizar o fim de um pacote de dados. Valores típicos correspondem a 1, 1.5, e 2 bits. Uma vez que os dados são sincronizados ao longo das linhas e que cada dispositivo possui o seu próprio relógio (na comunicação assíncrona), é possível que os dois dispositivos apareçam ligeiramente dessincronizados. Assim, o(s) stop bit(s) permitem alguma folga ao computador para compensar desvios nas velocidades dos relógios. Quanto mais stop bits forem usados, melhor será feita a sincronização entre os diferentes relógios, mas mais lenta será a taxa de transmissão. -9-

23 3.10. Conversores de Nível RS-232 Quase todos os dispositivos digitais requerem níveis lógicos TTL ou CMOS. No entanto, o primeiro passo na ligação de dispositivos digitais à porta série é transformar os níveis de tensão RS-232 acima descritos em níveis de 0 e 5 V. Esta operação é efectuada com conversores de nível RS-232. Figura Descrição dos pinos do driver/receiver RS-232: MAX Desenvolvimento A conversão de níveis tem por base um circuito integrado designado por MAX232, que permite converter os níveis TTL e RS-232 entre si. O esquemático do circuito implementado é apresentado na figura 3.6. Figura 3.6 Esquemático do módulo de comunicação -10-

24 3.12. Testes Para testar a interface de comunicação PC Microcontrolador, foi desenvolvido um software que envia uma sequência de caracteres pela porta série do PC para o módulo de comunicação. Este por sua vez, estava ligado a um pequeno circuito constituído por um microcontrolador e um LCD, onde se apresenta a sequência de caracteres enviada pelo PC Conclusões Este módulo funcionou como o previsto, sem grandes dificuldades de implementação. -11-

25 4. MicroControlador 4.1. Introdução Este módulo tem como objectivo gerar o PWM para os drivers de forma a que o veículo se possa movimentar e fazer a contagem do número de impulsos dos tacómetros num determinado intervalo de tempo, de forma a calcular a velocidade real a que o veículo se movimenta Algumas Noções Teóricas Microcontrolador O microcontrolador utilizado não foi, como seria esperado, o estudado na cadeira de microcontroladores (80C51 da Intel ), mas sim o PIC16F876 da Microchip. Esta escolha foi influenciada por certas capacidades existentes neste microcontrolador e que não existem no 80C51, nomeadamente um gerador de PWM, que no caso do nosso projecto é um requisito bastante importante. Para além disso, também existe o factor de facilidade de programação, visto um programador para um PIC ser fácil de implementar, o que não acontece com o 80C51, o que nos limitaria a programação do microcontrolador aos programadores disponíveis na escola. Eis as principais características do microcontrolador utilizado: CPU RISC de alta performance 35 instruções Instruções de um ciclo Velocidade de operação de 20MHz 8K de memória Flash para programa 368 bytes de memória de dados 256 bytes de memória EEPROM para dados Interrupções até 14 fontes Stack de 8 níveis Power-on reset Power-up timer Código de protecção programável -12-

26 Temporizador/contador de 8 bits com prescaler de 8 bits Temporizador/contador de 16 bits com prescaler Dois módulos de captação, comparação e geração de PWM Captação de 16 bits, resolução máxima de 12.5ns Comparação de 16 bits resolução máxima de 200ns Gerador com resolução máxima de 10 bits Conversor analógico/digital multicanal de 10 bits Porto série de recepção e emissão assíncrona e síncrona Para mais informações sobre o microcontrolador pode-se consultar o datasheet fornecido pela própria Microchip no seguinte site : ou então no CD fornecido com o software do RoboTank PWM O Pulse Width Modulation (PWM) é uma poderosa técnica para controlar circuitos analógicos a partir de circuitos digitais. O PWM é utilizado num vasto campo de aplicações, como por exemplo: controlo de motores, medidas de temperaturas, comunicações, etc. Um sinal analógico é um valor que varia no tempo, com resolução infinita na magnitude. Uma pilha de 9 Volts é um exemplo disso, a sua saída não é exactamente 9V, varia com o tempo. Um circuito analógico, por mais intuitivo e simples que seja, nem sempre é atractivo economicamente, nem prático, e tende a desafinar com o passar do tempo, devido ao desgaste de um ou outro componente. Os circuitos analógicos tem tendência a aquecer, pois o calor dissipado por cada elemento activo é proporcional à tensão e à corrente que por ele passa, sendo também sensíveis ao ruído, devido à sua resolução infinita. Por sua vez, utilizando circuitos digitais, o custo do equipamento e o consumo irão ser bastante reduzidos em relação aos analógicos, e muitos microcontroladores, como é o caso do utilizado PIC16F877, já possuem um módulo de PWM, o que facilita muito a implementação de circuitos de controlo por PWM. -13-

27 De uma maneira simples, o PWM é uma forma de codificar um sinal analógico com sinais digitais. O dutty cycle de uma onda quadrada é determinado de forma a codificar um sinal analógico. Um sinal PWM continua a ser um sinal digital, pois num dado instante é 1 ou 0. O valor 1 é o tempo durante o qual a carga é alimentada, e o valor 0 é o tempo durante o qual a carga não é alimentada. Assim, qualquer sinal analógico pode ser codificado num sinal digital, como se pode ver na seguinte figura 4.1. Figura Sinais PWM com vários duty cycles O primeiro sinal da figura 4.1 é um sinal PWM com 10% de duty cycle, ou seja, durante 10% do valor do período do sinal este encontra-se 1 e 90% do período encontra-se 0. O segundo e terceiro sinais representam também sinais PWM, agora com 50% e 90% de duty cycle, respectivamente. Todos estes sinais representam um sinal analógico diferente. -14-

28 4.3. Desenvolvimento O microcontrolador funciona através de comandos que recebe na sua porta série, os comandos estão divididos em dois grupos, um grupo de comandos de acção, que faz com que o microcontrolador execute acções sobre os motores (ex: parar, acelerar, travar etc.), e um grupo de comandos de pedido de informação, que pede informações ao motor (ex: valor do tacómetro da direita, velocidade pretendida do motor esquerdo etc.). Estes grupos de comandos estão resumidos nos seguintes quadros : Comandos de acções sobre os motores: Comando Acção Como "1" Acelera motor M1 (Direita) MOTOR1 = MOTOR1 + 1 "2" Acelera motor M2 (Esquerda) MOTOR2 = MOTOR2 + 1 "3" Trava motor M1 (Direita) MOTOR1 = MOTOR1-1 "4" Trava motor M2 (Esquerda) MOTOR2 = MOTOR2-1 "5" Pára motor M1 (Direita) MOTOR1 = 0 "6" Pára motor M2 (Esquerda) MOTOR2 = 0 "7" Anda para a frente motor M1 (Direita) Dir M1 = 0 "8" Anda para a frente motor M2 (Esquerda) Dir M2 = 0 "9" Anda para traz motor M1 (Direita) Dir M1 = 1 0 Anda para traz motor M2 (Esquerda) Dir M2 = 1 Comandos de pedidos de informação: Comando "A" "B" "C" "D" E F Acção Velocidade motor M1(Direita) Velocidade motor M2 (Esquerda) Valor do Tacometro1 (Direita) Valor do Tacometro2 (Esquerda) Valor da Direcção motor M1 (Direita) Valor da Direcção motor M2 (Esquerda) Algoritmo simplificado do programa do microcontrolador Declaração de Constantes Declaração de Variáveis Atendimento de Interrupções Rotina que recebe os dados da porta série Rotina que recebe os Impulsos Tacómetro motor esquerdo EXT Rotina que recebe os Impulsos Tacómetro motor direito RB4-15-

29 Rotina de temporizador TIMER0 Inicio do Programa Limpeza de registos Habilita interrupções Inicialização de Leitores de tacómetros (Timer,RB0,RB4) Inicialização da Porta Série Inicialização do PWM Loop de espera de novo comando Descodificação do comando Rotinas para acções sobre os Motores Rotinas para Informações sobre os Motores Rotina que controla o envio pela Porta Série Fim Programa Funcionamento do porto série e leitura de comandos Os comandos chegam ao microcontrolador através da porta série, sendo por isso necessário configurar esta porta de forma que os comandos recebidos sejam interpretados correctamente pelo microcontrolador. Eis o código que faz esta configuração : Inicializa_PortaSerie bsf STATUS,RP0 bcf STATUS,RP1 ;Banco 1 clrf TXSTA bsf TXSTA,BRGH ;Duplica a velocidade de comunicação clrf SPBRG movlw D'64' ;19200 Kb/s movwf SPBRG bcf TXSTA,SYNC ;Comunicação Assíncrona bcf TXSTA,TX9 ;8 bits de transmissão bcf STATUS,RP0 ;Banco 0 clrf RCSTA bsf RCSTA,SPEN ;Liga a porta série bcf RCSTA,RX9 ;8 bits de recepção bsf STATUS,RP0 ;Banco 1 bcf PIE1,TXIE ;Sem Interrupções em TX -16-

30 bsf PIE1,RCIE ;Com Interrupções em RX bsf TXSTA,TXEN ;Transmit Enable bcf STATUS,RP0 ;Banco 0 bsf RCSTA,CREN ;Receive Enable Como se pode ver o porto série irá funcionar com um baud rate de 19,2Kb/s, com uma trama de 8 bits, 1 start bit e 1 stop bit. Para além disso foi activada a interrupção de recepção, fazendo com que ao receber um trama o processo salte para o código de atendimento de pedido de interrupção, código esse que é mostrado de seguida : btfss PIR1,RCIF ;Recebemos alguma coisa na porta série goto NextInt ;Não. Testa outro pedido de interrupção movf RCREG,w ;lê valor para W movwf rcreg_temp ;guarda Valor bsf FLAGS,new_rcreg ;set flag de que existe novo valor bcf PIR1,RCIF ;limpa pedido de interrupção clrf RCREG ;limpa registo goto ExitInt ;sai do atendimento de interrupções Tudo o que este código faz é guardar o valor do comando recebido na porta série, em uma variável designada por <rcreg_temp>, e afectar uma flag (<new_rcreg>), que indica que recebemos um novo comando. Ambas serão posteriormente interpretadas pelo processo de descodificação de comando Loop de espera de novo comando/ Detector de erro de comunicação A função deste processo é esperar por um novo comando. Quando este chega é interpretado pelo descodificador de comandos, e executado voltando ao ponto de espera de novo comando. Para além disso, detectam-se erros que possam ocorrer na comunicação com o PC, ou seja, passado um determinado tempo sem que se receba informação proveniente do PC, o veículo pára os motores por razões de segurança. loop incf Com_Error,1 ;incrementa contador de erro de comunicação xorlw b' ' ;valor programado para despontar erro de comunicação btfsc STATUS,Z ;Se contador chegou ao fim call param1 ;Para Motor 1 call param2 ;Para Motor 2 btfss FLAGS,new_rcreg ;teste se existe nova informação goto loop clrf Com_Error ;limpa contador de erro de error de comunicação -17-

31 Funcionamento do módulo de PWM A função deste bloco de código é gerar o sinal PWM para o bloco de drivers, de forma a que posteriormente os motores sejam alimentados e postos a rodar à velocidade requerida. O módulo gerador de PWM do microcontrolador necessita que se configurem certos parâmetros, como por se pode ver no seguinte código : Inicializa_PWM bsf STATUS,RP0 ;Banco 1 movlw d'125' movwf PR2 ;PWM Período de 26khz bcf TRISC,2 ;CCP1 como saída bcf TRISC,1 ;CCP2 como saída bcf TRISC,3 ;Direcção Motor1 bcf TRISC,0 ;Direcção Motor2 bcf STATUS,RP0 ;Banco 0 clrf CCPR1L ;dutycycle =0 clrf CCPR2L ;dutycycle =0 clrf T2CON bsf T2CON,TMR2ON ;liga o timer 2 movlw b' ' movwf CCP1CON ;configura para módulo pwm movwf CCP2CON ;configura para módulo pwm A frequência da portadora é 26 KHz. Inicialmente os motores estão parados, como se pode ver no registos CCPR1L e CCPR2L. Para que o veículo se comece a movimentar, basta apenas inserir nestes registos um valor suficiente para que o veículo vença a sua inércia, processo esse que é feito pelas rotinas de acção sobre os motores Funcionamento dos leitores de tacómetros O código para ler os impulsos dos tacómetros é bastante simples. Ambos os tacómetros estão ligados a pinos que geram interrupções assim, basta contar o número de variações nos pinos. Após terminar um determinado tempo (parametrizado num contador) gera-se uma interrupção, cujo atendimento transfere o valor da contagem para variáveis que são posteriormente enviadas quando houver um pedido de informação de valor do tacómetro. -18-

32 ;********************************************************************** ; Rotina que recebe os Impulsos Tacómetro motor esquerdo EXT ;********************************************************************** btfss INTCON,INTF ;Recebemos impulso do tacómetro goto NextInt1 incf Tacometro2_temp,1 ; incrementa valor de Tacometro2_temp bcf INTCON,INTF ;Limpa pedido de interrupção goto ExitInt NextInt1 ;********************************************************************** ; Rotina que recebe os Impulsos Tacómetro motor direito RB4 ;********************************************************************** btfss INTCON,RBIF ;Recebemos impulso do tacómetro goto NextInt2 movf PORTB,w ;Lê o valor da PORTB para W movwf Temp ;Guarda o valor lido xorwf LastPB,1 ;faz um xor do valor anterior com o lido btfsc LastPB,RB4 ;Testa se houve alteração no pino RB4 call RB4Change ;Alteração no pino RB4 movf Temp,w ;Guarda o valor lido movwf LastPB ;em LastPB bcf INTCON,RBIF ;Limpa Pedido de interrupção goto ExitInt ;Sai do atendimento de interrupções RB4Change btfsc PORTB,RB4 ;Testa se é flanco ascendente return ;Ignora flanco descendente incf Tacometro1_temp,1 ;incrementa valor de Tacometro1_temp return NextInt2 ;********************************************************************** ; Rotina De Fim de temporizador ;********************************************************************** btfss INTCON,T0IF goto ExitInt movf Tacometro1_temp,w ;lê valor temporário para W movwf Tacometro1 ;Guarda valor definitivo em Tacometro1 movf Tacometro2_temp,w ;lê valor temporário para W movwf Tacometro2 ;Guarda valor definitivo em Tacometro2 clrf Tacometro1_temp ;Limpa variáveis definitivas clrf Tacometro2_temp ;Limpa variáveis definitivas bcf INTCON,T0IF ;Limpa pedido de interrupção ;********************************************************************** ; Inicialização de leitura de tacómetros ;********************************************************************** movlw b' ' movwf TMR0 bsf STATUS, RP0 bcf STATUS, RP1 ;Banco 1-19-

33 bsf TRISB,RB0 ;pino de input bcf TRISB,1 ;pino de output bcf TRISB,5 ;pino de output bcf TRISB,6 ;pino de output bcf TRISB,7 ;pino de output bcf OPTION_REG,T0CS ;modo temporizador bcf OPTION_REG,PSA ;prescaler para timer bsf OPTION_REG,PS2 bsf OPTION_REG,PS1 bsf OPTION_REG,PS0 bcf STATUS, RP0 bcf STATUS, RP1 ;Banco Funcionamento do descodificador de comando O descodificador de comando, descodifica qual o comando recebido, e manda executar esse comando, como mostra o seguinte código : movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw '1' btfsc STATUS, Z call aceleram1 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw '2' btfsc STATUS, Z call aceleram2 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw '3' btfsc STATUS, Z call travam1 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw '4' btfsc STATUS, Z call travam2 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw '5' btfsc STATUS, Z call param1 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw '6' btfsc STATUS, Z call param2 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw '7' btfsc STATUS, Z call direcaom1forward movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw '8' -20-

34 btfsc STATUS, Z call direcaom2forward movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw '9' btfsc STATUS, Z call direcaom1backward movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw '0' btfsc STATUS, Z call direcaom2backward movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw 'A' btfsc STATUS, Z call SendVelM1 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw 'B' btfsc STATUS, Z call SendVelM2 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw 'C' btfsc STATUS, Z call SendTac1 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw 'D' btfsc STATUS, Z call SendTac2 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw 'E' btfsc STATUS, Z call SendDirM1 movf rcreg_temp,w ;carrega o comando recebido xorlw 'F' btfsc STATUS, Z call SendDirM2 clrf rcreg_temp bcf FLAGS,new_rcreg goto loop Rotinas para acções sobre os motores A função deste processo é realizar a acção pretendida pelo comando recebido sobre os motores. aceleram1 movf xorlw btfsc return movf MOTOR1,w b' ' STATUS, Z aceleracao_temp,w ;carrega factor de aceleração -21-

35 addwf MOTOR1,1 movf MOTOR1,w ;Carrega valor de MOTOR1 movwf CCPR1L ;gera PWM return aceleram2 movf MOTOR2,w xorlw b' ' btfsc STATUS, Z return movf aceleracao_temp,w ;carrega factor de aceleração addwf MOTOR2,1 ;adiciona factor de aceleração movf MOTOR2,w ;carrega valor de MOTOR2 movwf CCPR2L ;gera PWM return travam1 movf MOTOR1,w xorlw b' ' btfsc STATUS, Z return movf aceleracao_temp,w ;carrega factor de aceleração subwf MOTOR1,1 ;subtrai factor de aceleração movf MOTOR1,w ;carrega valor de MOTOR1 movwf CCPR1L ;gera PWM return travam2 movf MOTOR2,w xorlw b' ' btfsc STATUS, Z return movf aceleracao_temp,w ;carrega factor de aceleração subwf MOTOR2,1 ;subtrai factor de aceleração movf MOTOR2,w ;guarda valore de MOTOR2 movwf CCPR2L ;gera PWM return param1 movlw b' ' ;valor para parar o motor movwf MOTOR1 ;guarda novo valor para motor1 movwf CCPR1L ;gera PWM return param2 movlw b' ' ;valor para parar o motor movwf MOTOR2 ;guarda novo valor para motor2 movwf CCPR2L ;gera PWM return direcaom1forward bcf PORTC,dirM1 ;põe direcção 1 return direcaom2forward bcf PORTC,dirM2 ;põe direcção 0-22-

36 return direcaom1backward bsf PORTC,dirM1 ;põe direcção 1 return direcaom2backward bsf PORTC,dirM2 ;põe direcção 0 return Rotinas para informações sobre os motores A função deste processo é enviar a informação sobre os motores, através da porta série do microcontrolador. ;Envia velocidade pretendida no motor 1 SendVelM1 movf MOTOR1,w movwf TXREG call JaMandou ;rotina que espera que a trama seja enviada return ;Envia velocidade pretendida no motor 2 SendVelM2 movf MOTOR2,w movwf TXREG call JaMandou ;rotina que espera que a trama seja enviada return ;Envia a contagem de impulsos do tacómetro 1 SendTac1 movf Tacometro1,w movwf TXREG call JaMandou ; rotina que espera que a trama seja enviada return ;Envia a contagem de impulsos do tacómetro 2 SendTac2 movf Tacometro2,w movwf TXREG call JaMandou ; rotina que espera que a trama seja enviada return SendDirM1 btfsc PORTC,dirM1 movlw '1' btfss PORTC,dirM1 movlw '0' movwf TXREG call JaMandou ; rotina que espera que a trama seja enviada return SendDirM2 btfsc PORTC,dirM2 movlw '1' -23-

37 btfss PORTC,dirM2 movlw '0' movwf TXREG call JaMandou ; rotina que espera que a trama seja enviada return Rotina que controla o envio pela porta série A função deste processo é controlar o envio de tramas pelo porto série do microcontrolador, com o objectivo de evitar o envio de duas tramas em simultâneo. Depois de enviar informação, é sempre testado se a informação foi enviada, através do seguinte processo : JaMandou bsf STATUS,RP0 bcf STATUS,RP1 ;Banco 1 Attend btfss TXSTA,TRMT ;Testa se o byte já foi enviado, se não foi espera goto Attend bcf STATUS,RP0 bcf STATUS,RP1 ;Banco 0 return -24-

38 Código completo do microcontrolador O código completo do microcontrolador pode ser visto em anexo Testes A melhor forma de testar todo o software desenvolvido, foi aplicá-lo directamente no veículo Conclusões Houve algumas dificuldades a nível de programação, pois foi a primeira vez que se programou um microcontrolador da Microchip. Foi necessário aprender um novo conjunto de instruções, uma nova arquitectura, uma nova forma de configurar os registos de forma a executarem as tarefas pretendidas, por vezes até através da experimentação. -25-

39 5. Módulos de Potência (drivers) para Motores DC 5.1. Drivers 5.1. Introdução A função deste módulo é apenas de interface entre o microcontrolador e o módulo de potência, de forma que os sinais PWM gerados pelo microcontrolador excitem as entradas do módulo de potência. A escolha do driver recaiu no L298. Cuja datasheet se apresenta em anexo Algumas Noções Teóricas O L298 é um circuito integrado monolítico que possui um excitador duplo de alta tensão. Ele permite aceitar níveis padrão para a lógica TTL e comandar cargas indutivas tais como relés, solenóides, motores C.C. e passo-a-passo. Este dispositivo é fornecido com duas entradas independentes o que permite habilitar ou incapacitar o dispositivo dos sinais de entrada Desenvolvimento Tendo por base a figura 5.1, fornecida através da datasheet do dispositivo, foi possível efectuar as ligações para cada um dos motores. Após aplicação dos correspondentes níveis de tensão às entradas do driver foi observado o correcto funcionamento de cada um dos motores, estando possibilitado o controlo independente de cada um deles. -26-

40 Figura 5.1 Esquema de ligações para o controlo bidireccional de um motor DC O circuito resultante da interligação entre o circuito de comando e o circuito de potência, será apresentado em seguida : Figura 5.2 Circuito resultante da interligação do circuito de comando e o circuito de potência. -27-

41 5.4. Testes Os testes a este dispositivo não ofereceram grandes dificuldades. Inseriu-se o driver numa breadboard e aplicaram-se os níveis de tensão gerados pelo circuito de comando (5V). Foi então possível comandar a rotação de cada um dos motores separadamente. A tabela 5.1 ilustra esta situação. Tabela 5.1 Quadro resumo para a rotação dos motores Figura 5.3 Esquema interno do driver L

42 5.5. Conclusões Uma vez que um driver L298 permite o controlo de dois motores, optou-se apenas por utilizar um único driver. Com base nos esquemáticos apresentados nas figuras 5.1 e 5.2, e após efectuada a interligação entre o circuito de comando e o circuito de potência, o funcionamento esperado foi o observado. -29-

43 6. Ponte em H 6.1. Introdução A ponte em H foi a parte visual mais complicada de realizar devido à potência necessária para fazer movimentar a estrutura, não devido à complexidade do circuito electrónico, que é bastante simples, mas sim à escolha apropriada de componentes para tais potências, bem como a sua compra. O designado módulo de potência é constituído por duas placas de circuito impresso nas quais se encontra disposta a electrónica para efectuar o controlo dos motores. Nesta secção será apresentada toda a informação referente à parte de potência. Será incluído o esquema electrónico que nos levou ao controlo dos respectivos motores. Depois de algumas experiências mal sucedidas com outro tipo de dispositivos, optou-se por uma solução que cumpre os objectivos a que nos propunha-mos Algumas Noções Teóricas Por forma a fazer com que cada um dos motores possa ser controlado em ambos os sentidos, optou-se por uma configuração de ponte em H, constituída por 2 transístores de potência do tipo NPN e 2 do tipo PNP, como ilustra a figura seguinte. Figura 6.1 Configuração de ponte em H -30-

44 Este tipo de configuração funciona da seguinte forma. Quando se liga o sistema, os transístores encontram-se ao corte, visto que todas as base dos transístores se encontram com 0V. Ao colocar uma tensão na base do transístores estes passam a conduzir, de onde é fácil então deduzir, que colocando os transístores a conduzir aos pares (Q1 e Q4 ou Q2 e Q3), estes irão fazer a corrente fluir num determinado sentido, fazendo com que o motor gire para a direita ou para a esquerda. Como podemos ver mais facilmente nas seguintes figuras : Figura 6.2 Input 2_1 e Input 2_2 com 24 Volts e Input 1_1 e Input 1_2 com 0 Volts. Figura 6.3 Input 1_1 e Input 1_2 com 24 Volts e Input 2_1 e Input 2_2 com 0 Volts. -31-

45 6.3. Desenvolvimento A concepção deste circuito teve por base a configuração da ponte em H, apresentando algumas melhorias. Dele faz parte uma protecção contra sobrecargas Descrição do Circuito (figura 6.4) A disposição dos transístores de potência faz com que conduzam aos pares, bastando para isso que as entradas designadas por input 2_1 e input 2_2 se encontrem alimentadas com 24V, ou vice versa, que as entradas input 1_1 e input 1_2 se encontrem com o mesmo nível de tensão para que o motor inverta o sentido. Segue-se uma descrição pormenorizada da função de cada um dos componentes que constituem o circuito eléctrico. Com base no teste prático feito ao circuito, verificou-se que existia uma corrente de fuga pela base dos transístores Q11 e Q21 quando o motor estava a parar (como tal, fornecendo energia). A colocação dos díodos D1 e D2 solucionou o problema. Os leds 1 e 2 tem a mesma função dos díodos D1 e D2, para além de assinalarem o sentido de rotação do motor. Ao usar leds de alto rendimento e baixando ligeiramente os valores de R7 e R8 conseguir-se-á um brilho mais intenso, pois com um sinal PWM o brilho dos leds baixa em relação a um sinal DC com o mesmo nível de tensão. De seguida será apresentado o esquema eléctrico bem como a placa de circuito impresso, que estão na base da configuração da ponte em H. -32-

46 V1 24 +V input1_1 0V - 24V D1 D8 BD 249 BYV32 BD 249 Q M1 D7 BYV32 Q D2 input2_1 0V - 24V input2_2 0V - 24V R7 2.2K LED1 BD 241 BD 250 BD 250 Q Q Q1 D5 BYV32 Nó A BYV32 D6 Q3 LED2 BD 241 R8 2.2K input1_2 0V - 24V Q2 R1 BD R4 0.1 BD 241 R2 18 Q4 R3 150 R5 0.1 R6 0.1 Figura 6.4 Esquema eléctrico 6.5. Melhorias Introduzidas Protecção Contra Sobrecargas Foi desenvolvida uma protecção que nos permite controlar o fluxo de corrente que atravessa cada um dos motores. Para isso existem 3 resistências de potência de 0,1Ω, formando duas delas um paralelo estando a outra em série (R5 // R6) + R4. A protecção é activada quando a corrente que atravessa cada uma dos motores ultrapassa-se os 5 Amperes. As resistências têm por objectivo provocar uma queda de tensão de 0,75V no nó A, ver figura

47 Expressões referentes ao divisor de tensão, associado à junção base emissor : VA = R I V = A= 0.75V VA 0.75V Nó A R1 86 Q2 VB Q4 Rpotênc 0.15 R2 150 Figura 6.5 Esquema simplificado V B = V A R2 / (R1+ R2), considerando R2 = 150 Ω e que a tensão que polariza directamente a junção base emissor dos transístores Q2 e Q4 é de aproximadamente 0,5V, valor medido no laboratório. 0.5 = / ( R ) R1 = 75 Ω Obtou-se por um valor aproximado de 86 Ω. -34-

48 6.6. Placas PCB Para a implementação do circuito em PCB optou-se por um PCB de dupla fase, devido a vários motivos. Um deles deve-se ao facto da complexidade do circuito, bem como do elevado número de componentes que fazem parte dele. Outro dos motivos é o elevado valor da corrente que atravessa o circuito, obrigando a que as pistas tenham alguma espessura. Outra das vantagens deste tipo de PCB é a não utilização de um elevado número de chantes. Lado 1 Lado 2 Figura 6.6 Ilustração das placas PCB 6.7. Modo de Utilização O modo de utilização deste módulo é simples. Por forma a colocar o motor em movimento, é necessário que as entradas input 2_1 e input 2_2 sejam alimentadas com a tensão de 24V. Alimentando as outras duas entradas (input 1_1 e input 1_2) faz com que o motor inverta o sentido de rotação. -35-

49 Este valor (24V) é o que permite que o motor tenha um desempenho regular Testes A melhor forma que se encontrou de testar este módulo foi alimentar as entradas e medir os valores à sua saída Conclusões Este foi sem dúvida o bloco mais difícil de desenvolver devido aos valores de corrente que iriam atravessá-lo. Foram desenvolvidos e testados vários circuitos, desde simples drivers como o utilizado no módulo de drivers (L298), a ponte em H simples com transístores de potência, mas o apresentado revelou-se melhor. Houve dificuldade na escolha dos componentes apropriados, assim como na sua aquisição. -36-

50 7. Realimentação 7.1. Introdução O objectivo deste módulo é determinar a velocidade a que o veículo se movimenta, a forma encontrada de o fazer foi através da leitura da velocidade de rotação de cada um dos motores, para isso foi utilizado um tacómetro em cada motor Algumas Noções teóricas Os tacómetros são dispositivos electromecânicos que convertem energia mecânica em energia eléctrica. À saída do tacómetro obtém-se uma onda quadrada que varia em frequência consoante a velocidade de rotação dos motores, ou seja, movimentos angulares do eixo do motor geram impulsos. Então, à saída do tacómetro teremos sinais do tipo: Figura 7.1 Tipo de sinais à saída do tacómetro O canal A e B encontram-se desfasados 90º entre si, de forma a que seja possível detectar o sentido de rotação do encoder. Por sua vez o canal C, gera um impulso sempre o eixo do tacómetro der um volta de 360º. Os tacómetros, também designados por codificadores, podem ser de dois tipos: incrementais ou absolutos. -37-

51 Os codificadores que devolvem códigos digitais são chamados codificadores absolutos e os que devolvem pulsos são chamados incrementais. Estes últimos são os mais utilizados dada a sua simplicidade de construção, versatilidade e facilidade de aplicação. A figura seguinte ilustra o funcionamento de um codificador incremental óptico: Figura 7.2 Tipos de codificadores ópticos 7.3. Desenvolvimento Consultando a datasheet dos tacómetros que se encontram em anexo retiramos o seguinte quadro com as descrições dos fios : -38-

52 Referência Castanho Azul Designação 5 a 12 VDC 0 V (Comum) Preto Saída A (Canal A) Branco Saída B (Canal B) Laranja Saída C (Canal C) Malha GND Tabela Quadro resumo dos tacómetros E implementa-mos o seguinte circuito : Figura 7.3 Circuito de ligações dos tacómetros ao microcontrolador 7.4. Testes A melhor forma de testar este módulo foi colocar o motor em rotação e ver num osciloscópio se as forma de ondas eram as esperadas, o que aconteceu sem problemas Conclusões A maior dificuldade na implementação deste módulo esteve no código para contagem dos impulsos, que poderia ter sido feito de várias formas. Em algumas não se conseguia obter valores constantes de velocidade. O modo como essa contagem foi implementada está descrito na secção do microcontrolador. -39-

53 8. Alimentação 8.1. Introdução O objectivo deste módulo é alimentar todos os circuitos existentes no projecto Algumas Noções Teóricas As baterias escolhidas têm que fornecer corrente suficiente para alimentar os motores e os circuitos de controlo, ser recarregáveis e ter uma boa autonomia. Como se pode observar na tabela 8.1, apenas as baterias Níquel-Cádmio, Ni-MH e as Ácido-Chumbo são aquelas que podem ser utilizadas. Assim, por razões de custo, as baterias de Níquel- Cádmio são preferíveis às NI-MH e, por razões de peso e segurança, são preferíveis às de ácido-chumbo. As baterias de Níquel-Cádmio são aquelas em que se obtém uma melhor relação preço/potência. Tabela 8.1 Tipo de baterias Apesar de não serem aquelas em que se obtém uma melhor relação preço/potência, pois para isso teríamos que utilizar as baterias de Níquel-Cadmio, as baterias que fazem parte deste projecto são baterias de ácido - chumbo, com as seguintes características: Tensão: V=12V Capacidade: 17Ah Tipo de célula: Ácido-Chumbo Comprimento: L=13.4cm Largura: 6.7cm Altura: 6.7cm Peso: 1.170Kg -40-

54 O RoboTank está preparado para ser alimentado por três baterias Ácido-Chumbo. Estas baterias têm a capacidade de debitar 17 Ah. Uma das desvantagens deste tipo de alimentação é que o carregamento das baterias é muito moroso (cerca de 12 horas). Estas baterias irão alimentar os motores e a parte electrónica, através de um conversor de 5 V. De modo a que não hajam interferências por parte dos motores, a alimentação destes é isolada da restante electrónica, tanto pelo regulador de tensão como pela ponte em H. Figura 8.2 Diagrama de baterias -41-

55 8.3. Desenvolvimento No sistema desenvolvido, iremos necessitar de 3 níveis de tensão diferentes: 5 Volts para o microcontrolador e outros componentes que trabalham com níveis de tensão digitais, 12 Volts para a alimentação dos codificadores ópticos e finalmente 24 Volts para alimentar o módulo de potência e o módulo de drivers. Foi estipulada a utilização de 3 baterias de ácido de chumbo selado em que uma bateria seria para gerar as tensões de alimentação de 5 e 12 Volts, e as outras duas para gerar os 24 Volts. A partir do parágrafo anterior desenvolveram-se os seguintes circuitos : Figura 8.3 Esquema de ligações das baterias O reguladores de tensão têm o objectivo de estabilizar as tensões nos valores pretendidos, visto que uma bateria não tem a tensão fixa, tanto pode estar com 13V com 12,5V etc. -42-

56 8.4. Testes Este módulo foi testado apenas medindo os valores de tensão à saída com um multímetro Conclusões Este módulo foi o mais simples de implementar pois apenas utiliza cabos; é preciso ter atenção à sua secção, pois por eles passam correntes bastante elevadas. A maior dificuldade é a sua manutenção, pois é necessário estar constantemente a carregar as baterias, principalmente as que alimentam os motores. -43-

57 9. Carregamento de Baterias A utilização de baterias recarregáveis tem sempre associado um processo de carregamento. Esse carregamento têm de ser efectuado mediante características específicas, relacionado com o tipo de células e capacidade que compõem a bateria. Uma regra básica usada para o carregamento é o de carregar a uma taxa igual a um décimo da capacidade em Amper-hora da bateria. Assim, a utilização de uma bateria Ácido-Chumbo com uma capacidade de 17 AH deve ser carregada com uma corrente de 1.7 A. -44-