Eletrónica 4
Eletrónica 4 é efetivamente Sistemas de Instrumentação em Eletrónica
TODO Documentos para ler com atenção:
- Guião da disciplina
- Guia dos trabalhos práticos
Docentes
- Pedro Fonseca
- pf@ua.pt
- Atendimento: 4ª feira, 16:00 - 18:00 IT1
- \url{http://sweet.ua.pt/pf}
- Rui Escadas
- rmm@ua.pt
Sistemas de Insturmentação em Electrónicaa
Controlo -> Atuação -> Sistema -> Captação
O diagrama representa o seguinte raciocínio:
- Existe um sistema físico que pretendo controlar
- Uso um transdutor para ir ao mundo físico obter informação e converter essa informação para um sinal elétrico que posso interpretar
- Para puder atuar de forma eficiente preciso de captar a informação relevante sobre o seu funcionamento
-
Usando um algoritmo de controlo adequado, irei interpretar esse sinal e de seguida, atuar no sistema
- O objetivo de um sistema de controlo é impor um comportamento à saída de um sistema
- A questão que o projetista deve se perguntar é: “O que tenho que impor à entrada desse sistema para que a saída seja o que desejo”
Os sistemas de instrumentação em eletrónica estão presentes vários ramos:
- Eletrónica de Consumo
- smartphones
- tv
- Medicina
- hoje em dia é inteiramente dependente de dispositivos que utilizam instrumentação em eletrónica
- Ambiente
- Produção Industrial
- Automóveis
- Aviões
- Comboios
- Eletrodomésticos
- Dispositivos de Comunicação
- etc.
Tem se tornado cada vez mais necessários devido ao aparecimento das Smart
SmartCities
SmartHomes
SmartFarms
- …
Exemplos de sistemas
- reator químico
- monitorização da temperatura
- carros:
- Sistema ABS:
- sistema físcico: carro, rodas
- sensor que detete se a roda está a rolar ou não
- se uma das rodas bloqueou o sistema de controlo atua sobre os travões, libertando o calço
- deixa a roda girar, ganhar aderência e depois volta a travar
- Sistema ESP
- determinar se o carro está em risco de sair ou não da curva
- medir os gases de escape
- atuar de acordo com
- carro é um central de comunicações
- sensor de gravidade de acidente
- Sistema ABS:
- Smart city
Cidade com sensores
- Atua em alguns sistemas físico para:
- otimizar o tráfego
- reduzir a poluição
- (IEEE page for smart cities)[https://smartcities.ieee.org/]
- Atua em alguns sistemas físico para:
- Smartphone
- sensor de luz
- gps
- acelerómetro
- girsoscópio
- Medicina
qualquer unidade e cuidadosintensivos é uma montra de eletrónica
-
Controlo de processos industriais
- Indústria 4.0
- Cada produto possui uma tag RFID única
- em cada tag vai a recieta de produção
- máquinas lêm as tags
- consigo fazer lotes de 1
- fazer 1 unidade do tipo A
- fazer 2 unidades do tipo B
- fazer 1 unidade do tipo A
- Posso fazer a mudança de produtos na linha em tempo real
- Industrial Internet Consortium
- sistema físico
- captação de sinal
- controlo
- atuação
Dever de diligência de um Engenheiro: Não devemos fazer única e simplesmente aquilo que nos é dito que nos devemos fazer
Metrologia
Detalhado o diagrama de instrumentação anterior obtemos:
Controlo -> Atuação -> Sistema -> Captação de Sinal -> TRatamento/Acondicionamento -> Controlo Tratamento/Acondicionamento -> Indicação/Registo
A metrologia involve:
- Captação de sinal usando
sensores
- Tratamento/Acondicionamento desse sinal, usando
Circuitos de Acondicionamento
- Indicação/Registo usando um microcontrolador + memória para guardar + registar os valores medidos
Qualquer medição de um sinal do mundo físico está sujeita a ruído na captação de sinal. O ruído é mais nefasto caso afete a malha de feedback.
Objetivos gerais de E4
- Conhecer os conceitos básicos de metrologia
- Conhecer dispositivos que permitem a trandução de outras grandezas em grandezas elétrićas
- Conhecer e saber projetar os circuitos de aquisição, atuação e conversão de sinal
- Conhecer e saber eliminar/reduzir o efeito de perturbações, como o ruído e interferências
Aulas e Avaliação
- Teóricas [60%]:
- Essencialmente expositivas
- mini testes durante o semestre
- duas provas escritas
- Durante o semestre
- Época de Exames
- Práticas: [40%]
- 1 trabalho para todo o semestre
- até 8 de Junho
- implica preparaçao e organiação
- existem 9 trabalhos propostos
- Qualquer trabalho proposto tem de defender a
- Propostas têm de ser entregue até 3 feira, dia 20
Abreviatura Descrição ———— ———– NF Nota final CT Componente Teórica CL Componente Laboratorial PE1 Teste 1 PE2 Teste 2 MT Mini-teste
Nota mínima em CT e CL: 8 valores
Trabalho Prático
- Projeto simples para todo o semestre
- Projeto de um sistema simples de instrumentação e controlo
- Grupos de 2
- Componente de HW e SW
- Sistema baseado em micro-processador/micro-controlador
- PIC32MX795, Microchip
- Interface com sensores
- Acondicionamento de sinal
- Sinais de baixo nível $\implies$ proteção do ruído
- Sensores
- Atuadores
- Interface com o operador
- Ação sobre o mundo exterior
- Indicação
- Registo
- Atuação (PWM, pontes H)
- Inserção numa malha de alimentação
- É/Pode ser necessário utilizar algoritmos de controlo elementares
Cuidados a ter:
- Nunca ensaio o circuito de preparação
- Primeiro ensaio do circuito sobre um modelo do circuito que simula o sensor que pretendo usar
- Só depois é que ligo o circuito de condicionamento
Quanto menos variáveis tiver de cada vez, melhor
Considerações:
- Irá existir uma sessão de esclarecimento
- Acesso às pré-montages (set-up) só é possível durante as aulas práticas
- Planeamento cuidadoso do trabalho
- Desenvolvimento de circuitos/modelos equivalentes para testar os vários sensores
- Será usada a
MPLAB X IDE
e oX32
- O levantamento da PIC + Programador + Cabo USB requer uma caução de 50€
- Requisição na secretaria do DETI
- Acompanhada por formulário + talão MB com NIB
Trabalho Autoproposto
- Sujeito a aprovação pelos docentes
- Deve ser redigida uma proposta detalhada, contendo:
- Especificação do trabalho proposto
- Componentes requeridos
- tipo de processador
- sensores
- outros componentes
- Aspetos de implementação
- estruturas mecânicas
- Contribuição para os objetivos de Eletrónica 4
Prazo: FINAL DA PRIMEIRA SEMANA DE AULAS!
- Interface com o exterior:
Modelo de Realização do Projeto
3 fases
- Projeto
- Montagem da infrastrutura
- Programa da Aplicação
A passagem a uma fase seguinte do projeto está condicionada à conclusão com sucesso da fase anterior
Documentação
- papel + pdf
- Técnica
- esquemas
- diagramas de blocos
- especificação de procedimentos de teste e validação
- Manual de Utilizador (Fase 3)
- Relatório de Execução (Fase 3)
Apresentações
- Avaliação laboratorial
- Apresentações públicas
Fase I: Planeamento e Projeto
Data de término: 3 aula, 6 Março
Tema: Planeamento do projeto
- Projeto detalhado do
hardware
a ser implmentado, através de:- Diagrama de blocos
- Esquema elétrico
- Listagem identificando os tipos de sinais e gamas de variaçãoem pontos críticos do circuito
- Planeamento do trabalho
- Tabela de atividades
- Interdependência entre as tarefas
- Esforço estimado
- Calendarização
- Gráfico de rede (PERT)
Os documentos devem acompanhar a realização do trabalho ao longo de todo o semestre. É natural que surja a necessidade de efetuar alterações durante as fases II e III. Neste caso, estes documentos devem ser atualizados.
Fase II: Implementação da Infrastrutura
Data de término: 9 aula (P2), 17 Abril
Objetivo: Aceder a todos os dispositivos sem coordenação entre eles
Tema: Montagem + device drivers
Para isso deve ser concluída a:
- Montagem de todos os componentes
- Desenvolvimento/Escrita dos device-drivers
(hardware abstraction layers)
- Validação da implementação
- A leitura da informação deve estar dentro das margens de erro definidas
No final deve ser possível aceder a todos os dispositivos de I/O sem existir coordenação entre eles:
- Ler dados dos sensores
- Atuar sobre os atuadores
- Enviar/Receber mensagens do/para operador
No final desta fase os grupos têm de apresentar:
- Material montado
device drivers
- Atualização da documentação entregue na fase I, se se justificar
- Especificação dos procedimentos de validação dos respetivos resultados
Existe uma aula de avaliação laboratorial:
- A validação é feita pelo docente em contexto de aula prática
- Compete a cada grupo a definição dos procedimentos de teste do seu sistema
Fase III: Sistema Completo
Data de término: Penúltima aula, 29 Maio
Tema: Software de gestão e controlo
Criação do sistema final segundo as especificações iniciais/definidas sobre a infrastrutura desenvolvida na Fase II.
Deve ser apresentado:
- Sistema desenvolvido, a funcionar de acordo com as especificações desenvolvidas
- Manual do utilizador
- Atualização da documentaçãp entregu nas Fases I e II, sempre que se justifique
- Relatório de Execução, incluinod os testes de conformidade do sistema desenvolvido
Existe uma aula de avaliação laboratorial:
- A avaliação do funcionamento é feita pelo docente em contexto de aula prática
- A avaliação é efetuada até à penúltima aula do semestre
- A última aula é para a apresentação dos projetos
Documentação
O objetivo da documentação é avaliar a conformidade com os objetivos definidos.
A documentação técnica correspondente deve ser entregue no final de cada fase.
Objetivos técnicos através da documentação técnica descritiva do sistema, tal como:
- Esquemas
- Diagramas de blocos
Manual de utilizador que deve explicitar o modo de utilização e as características técnicas do sistema, entre outros.
Relatório de Execução:
- Processo de realização
- Dimensionamento
- Opções tomadas e a sua justificação
- Rsultados obtidos
- entre outros
Apresentações
Apresentação Discussão Duração ———— ——— ——- 10 min 5 min 15 min
Deve ser apresentada e discutida a solução desenvolvida, incluindo:
- Objetivos
- Enquadramento
- Abordagem
- Resultados
- Conclusões
Critérios de Avaliação
- Funcionamento:
- Grau de cumprimento dos objetivos
- Robustez da solução
- Documentação:
- Grau de detalhe
- Rigor técnico
- Clareza
- Qualidade de escrita
- Apresentação:
- Clareza da apresentação
- Domínio dos conceitos
Defender o que faze e não como faz
A fase I é apenas um requesito para a fase II, não é avaliada
Fase II Fase III ------------------------------------------ ---------- ------------ Peso Total 50% 50% Funcionamento 50% 45%
Documentação 50% 25%
Apresentação --- 15%
Avaliação da apresentação (pela turma) --- 5%
Avaliação pelos pares (grupo) --- 10%
Podem ser feitas, ao longo do semestre, provas de avaliação individuais sobre os trabalhos práticos
Notas superiores a 16 exigem a prestação de uma prova suplementar:
- Introdução de uma melhoria/característica adicional ao projeto
Normas Gerais
- Todos os trabalhos pressupõem a sua preparação prévia
- É dada importância à realização progressiva dos trabalhos
- Para apoio aos grupos é necessário:
- esquemas de circuitos eletrónicos
- pesudo-código/fluxograma para os programas
Logbook
Todos os elementos relevantes para o trabalho devem constar num livro de registos/ser nele baseados
A registar:
- Todos os cálculos
- Esquemas dos circuitos
- Documentação dos programas
- Observações feitas durante as aulas
- Tratamento posterior/análise dos dados obtidos