Arduino PID - Controlando a velocidade de um ventilador

Arduino PID - FAN Control

Este post é um complemento do post anterior "Controle de velocidade com Arduino PID".

Desse modo não é necessário nenhum tipo de explicação teórica sobre o projeto a não ser nosso objetivo.


OBJETIVOS:

Queremos agora controlar a velocidade de uma unidade FAN (ventilador) de acordo com um sensor de posicionamento (que mede a distância relativa a  um anteparo).

Quanto maior a velocidade da FAN (maior a ventilação, quantidade de vento), mais longe estará o anteparo; quanto menor a velocidade da FAN (menor ventilação, quantidade de vento), mais perto estará o anteparo.

Para isto utilizei um pêndulo formado por um anteparo superior que coleta o vento da FAN e um anteparo inferior que se moverá em relação ao sensor de distância. Assim, é possível controlar a unidade FAN com a técnica PID e usando o Arduino como controlador e o  FrontEnd_PID como interface gráfica.



Abaixo os detalhes do circuito e os detalhes construtivos.

O sketch utilizado no Arduino é o mesmo do post anterior (http://arduinobymyself.blogspot.com.br/2013/04/controle-de-luminosidade-com-arduino-pid.html)... visite este post para poder ver todos os detalhes.

Este é o link para download do sketch:
http://www.4shared.com/file/Y5BIbUdR/LED_PIDcontroller_2.html

Vejam os vídeos para maiores detalhes.

Interconexão do Arduino com os outros componentes

Esquema do Driver do motor DC (FAN)

Para o driver foi usado um MOSFET IRF-250.
O diodo em paralelo com o motor é um BY-127.
O capacitor é de 100 nF.
Cuidado com o sentido de rotação do motor (para o sistema ser ventilador  e não exaustor).

Esquema do sensor de distância com o TCRT5000, este sensor deve ser analógico!

FOTOS REAIS:

O material utilizado para construir a estrutura metálica é uma tira de metálica perfurada, que pode sem encontrada em casa de materiais de construção em pequenos rolos.
É só dobrar para formar a estrutura.
Use sua imaginação para construir conforme sua necessidade.

A fonte é de 5/12 V e 10A

O motor DC deve ser de alta rotação e ter um bom torque.
Usei um de máquina de cortar cabelos (das de qualidade).

Fonte externa de 5V e 12V/10A

Estrutura metálica e pendulo com os anteparos

Arduino, Driver do motor DC e potenciômetro de ajuste do "Setpoint"

Estrutura metálica e sensor de distância

Driver do motor DC com o MOSFET IRFP-250

Detalhe do driver

Estrutura metálica

Detalhe do pêndulo em ação e da torre do FAN

Sensores: são 3 mas foi utilizado somente o central (esse éra de um seguidor de linha)

Detalhe da torre e do motor DC do FAN

Notar que foi utilizado material de garrafa PET para confeccionar o anteparo superior e a hélice do FAN.
Para construir a hélice, marque dois circulos (unidos), utilize uma moeda de 1 real, recorte e então dobre pelas pontas para dar este formato:       \___ 
                                                                                                     \
e do outro lado faça no modo contrário... pronto feito a hélice.
                                                                 

Detalhe da Hélice

Vista geral do conjunto

Vista geral do conjunto (frente)

Vista geral do conjunto (superior)

Vista geral do conjunto (parte de trás)

Vista geral do conjunto (lateralmente)

VÍDEOS:

Atenção!
Agora o Blog está mudando para a língua Inglesa, tentando alcançar outros continentes.
Desculpe pelo transtorno.
Qualquer dificuldade entre em contato.

Visite meu novo site em:
http://www.instructables.com/id/ArduinoPID-FAN-Controller/

Dúvidas e sugestões para: arduinobymyself@gmail.com
http://youtu.be/stxiWXFUf2Y

http://youtu.be/IqzPXTjiRvQ

http://youtu.be/CVNB4Wrq82g

http://youtu.be/lS7MZwqZ2k4

Sensor IR - Projetos

Bem Vindo ao ano 2013, Felicidades.

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sendo:
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Sensoreamento com Infra-Vermelho


O componente TCRT5000,  é composto de um emissor/receptor infra-vermelho, (ou até mesmo com componentes avulsos, por exemplo um TIL32 e um TIL78) é possível fazer um sensor detector de infra-vermelhos.
O alcance deste tipo de sensor é limitado a alguns centímetros, sendo apropriado para uso como sensores de presença e ou de linha.

Na verdade este tipo de sensor tem uma  ampla gama de usos, abaixo uma lista com os usos mais comuns:

Contadores de Objetos;
Sensor de Passagem;
Sensor de Presença;
Sensor de Distância;
Sensor de Posição;
Sensor de Rotação;
Sensor de Linha.

O funcionamento e bastante simples:

O emissor infra-vermelho, emite uma luz cuja radiação está no comprimento de onda do infra-vermelho acima de 800nm até 1mm frequência de 300GHz a 400 THz.
Dividida em três categorias: radiação infravermelha curta (0,8-1,5 µm), média (1,5-5,6 µm) e longa (5,6-1.000 µm).

Veja figura abaixo, que mostra onde se encontra a radiação IR dentro do espectro global.

Para saber mais, visite: http://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_infravermelha

A radiação solar e sua composição

Espectro e luz visível

Cachorro visto com uma câmera infra-vermelho e temperatura

Essa radiação emitida, quando refletida por um objeto, alcança o receptor infra-vermelho, que gera uma tensão proporcional a quantidade de radiação recebida (normalmente o receptor é um foto-transistor, e a radiação infra-vermelho incidente polariza sua base, deixando passar corrente do coletor para o emissor, conforme a intensidade de polarização recebida).

Reflexão do infra-vermelho

Par emissor TIL32 e receptor TIL78
TIL78 é um foto-transistor

A tensão de saída pode ser medida de forma analógica, ou se necessário, com componentes externos tais como amplificadores operacionais e schmitt-trigger que podem ser usados para transformar em sinal digital.

Para os componentes TIL32 e TIL78, existem diversos tipos de cores no encapsulamento e muito pareceidos, podendo haver confusão, para testar, polarize o emissor com um resistor de 330R e verifique com uma câmera fotográfica, se ele está "acendendo"....
Para o receptor, polarize com um resistor de 10K e verifique  se a tensão no terminal de saída varia conforme você vai fazendo "sombra" no componente (use o emissor para gerar o infra-vermelho ou até mesmo a luz do sol...).

Polarização do componente receptor e curva característica

Envolucro e substrato

Para o componente TRCT5000, já temos o para emissor-receptor em uma base apropriada para uso.
Veja abaixo um diagrama comum de ligação do componente.

Diagrama genérico de ligação

Componente - o emissor é o azul claro um foto-diodo; e o receptor o azul escuro, um foto-transistor

Note que existe um chanfro indicando o emissor  infra-vermelho

Dimensões

PROJETOS:

Entendido o funcionamento de um sensor infra-vermelho, podemos agora efetuar testes básicos de funcionamento

O primeiro projeto, será somente para teste do sensor; consiste em fazer a leitura do sensor e interpretar os dados, observando pela porta console serial.

O segundo projeto, consiste em fazer um simulador de presença / distância, também observando e interpretando os dados provenientes da porta console serial e de um LED para mostrar a informação.

O terceiro projeto é um contador, na verdade faremos um contador de quando o sensor está numa linha preta ou em uma área branca e interpretaremos a saída via console serial.



HARDWARE & MATERIAL:

1 x Arduino UNO, MEGA, Duemilanove ou Teensy 2.0++

1 x BreadBoard
1 x Sensor IR TCRT5000 ou equivalente
1 x LED difuso verde
1 x TIL32 (opcional)
1 x TIL78 (opcional)
1 x Resistor de 220R
1 x Resistor de 150R
1 x Resistor de 10K
fios e cabos para as conexões





LAYOUT & DIAGRAMA:


Utilizaremos o mesmo Hardware para os três projetos.
Abaixo o esquema em fritzing.

No esquema, foi usado o LED 1 que é o receptor foto-transistor (TIL-78) e o LED 2 como sendo o emissor infra-vermelho (TIL-32).

O LED 3 é um LED comum para indicações de estado.

SOFTWARE E PROGRAMAÇÃO:

Basicamente a programação consiste em:
1 - definir pinos e variáveis
2 - configurar pinos
3 - configurar comunicação serial
4 - ler o sensor IR
5 - imprimir dados na serial
6 - analisar os dados obtidos
7 - fazer algo com os dados (contar, acender led, acionar buzzer, etc...)

Abaixo o link para download via 4shared dos projetos.


http://www.4shared.com/file/FUURwM21/IR_Teste_Sensor.html

http://www.4shared.com/file/7gDYPvOQ/IR_SensorProximidade.html

http://www.4shared.com/file/-2C0-_4p/IR_Contador.html

VÍDEOS & TESTES:

Dúvidas e sugestões para: arduinobymyself@gmail.com

Projeto 1 (teste básico do sensor IR)
screencast: http://www.screencast.com/t/3EiyqKk7
youtube: http://www.youtube.com/watch?v=yf1b-T_4l2Q

 


Projeto 2 (Sensor de distância/proximidade)
screencast: http://www.screencast.com/t/xfYmzAJo
youtube: http://www.youtube.com/watch?v=ztMVRB7nttw




Projeto 3 (Contador de objetos)
screencast: http://www.screencast.com/t/4J3g7hvyPrB
youtube: http://www.youtube.com/watch?v=ckkO5lsroUo



Até o próximo projeto.

Arduino - Sensor PING

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Esta barra, indica o nível de dificuldade encontrado para cada experiência realizada.
sendo:
"VERDE", indicação de nível 1 a 5 (Fácil);
"AMARELO", indicação de nível 6 a 8 (Médio);
VERMELHO, indicação de nível 9 e 10 (Difícil);



ARDUINO - Sensor PING - Sensor Ultra-sônico de Distância

A teoria por traz disto.

Na parte de programação, iremos calcular a distância de um objeto em frente ao sensor ultra-sônico. Este sensor pode enviar um  "ping" num dado momento e receber um retorno refletido nos objetos num outro dado momento.
Um Ping não nada mais que um som em tonalidade não audível (frequências muito altas) ao ouvido humano, por isso o sensor é chamado "Ultra-sônico".

O sensor envia um ping no tempo t1 e recebe um som refletido no tempo t2.
Conhecendo a velocidade do som num meio de transporte (no caso o ar), e a diferença Δt=t2-t1, podemos ter o calculo da distancia de um objeto.
Exemplo: se Δt = 500 us (micro-segundos), nos sabemos que 250 us são para o ping bater no objeto e outros 250 us são necessários para o seu retorno.
A velocidade aproximada do som no ar seco é dada pela fórmula:

c = 331,5+0,6*(temperatura do ar em graus Celsius) [m/s]

@20°C , teríamos:

c = 331,5+0,6*20 = 343,5 m/s

Se convertermos a velocidade em centímetros / micro-segundos, obtemos:

c = 343,5*100/1000000 = 0,03435 cm/us

A distancia é então: D=( Δt/2)*c,

ou

D = 250*0,03435 = 8,6 cm

Ao invés de usar a velocidade do som, podemos também usar o "Pace of Sound"
Pace of Sound = 1/Velocidade do Som = 1/0,03435 = 29,1 us/cm

No caso da nossa equação D = ( Δt/2)/Pace of Sound

Ou seja:

D = 250/29,1 = 8,6 cm




HARDWARE & MATERIAL:

1 x Arduino UNO, MEGA, Duemilanove ou Teensy 2.0++
1 x Bread-Board
1 x Sesnor Ultra-sônico tipo HC-SR04
Fios e cabos para as conexões



datasheet: http://iteadstudio.com/store/images/produce/Sensor/HCSR04/HC-SR04.pdf

Visualização Frente

Visualização Costas

Especificações:

Alimentação: 5 VDC
Corrente de trabalho: 2 mA
Ângulo eficaz: < 15°
Alcance de distância: 2,5 ~ 430 cm
Resolução: 0,3 cm

Dimensões e diagrama de ângulo de trabalho

Tipica configuração de pinos

Gráfico de sequência de operação

Veja, que para o funcionamento, é necessário ativar o TrigPin por 10 us e então internamente o sensor PING emite 8 pulsos de 40Khz. Em seguida ele ativa a saída ECO e mantém esta saída ativa até que seja detectado o retorno do sinal no sensor. O tempo que o EcoPin vai ficar ativo é de:
150us para distancia mínima de 2,5cm
25ms para distância máxima de 4,3m
38ms para fora de alcance

Num cálculo básico, usando a biblioteca Ultrasonic.h, basta dividir o sinal por 58 para obter a distância em cm ou por 148 para obter a distância em polegadas.




ESQUEMAS & LAYOUT:

Abaixo o esquema básico de montagem:
GND do sensor conectado ao GND do Arduino
VCC do sensor conectado ao 5V do Arduino
Trig do sensor conetado ao pino digital 9 do Arduino
Echo do sensor conectado ao pino digital 8 do Arduino

SOFTWARE & PROGRAMAÇÃO:

Serão apresentado dois softwares, um sem uso de biblioteca e um com uso de biblioteca "Ultrasonic"
Você pode fazer o download da biblioteca e obter mais informações sobre ela diretamente dos sites:

http://iteadstudio.com/store/images/produce/Sensor/HCSR04/Ultrasonic.rar


http://iteadstudio.com/application-note/arduino-library-for-ultrasonic-ranging-module-hc-sr04/


O programa para Arduino ou Teensy 2.0++ pode ser obtido diretamente no 4shared:


http://www.4shared.com/file/rRfB9sHe/PING_Sensor_1.html

http://www.4shared.com/file/dZ2NdFeg/PING_Sensor_2.html

VÍDEOS:

Dúvidas e sugestões enviem para: arduinobymyself@gmail.com

Assista diretamente no:
Screencast - http://www.screencast.com/t/v3G2FvGzNp

Youtube - http://www.youtube.com/watch?v=HicK8viAUqk

Até o próximo projeto!