| B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica |
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SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS UTILIZANDO SENSORES PLUG & PLAY CONFORME IEEE 1451.4 |
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| Jose Carlos dos Santos 1 |
| Silvia Maria Farani Costa 2 |
| Adriana Paula Borges 3 |
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| (1. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – EPUSP; 2. Departamento de Tecnologia / Centro Universitário FIEO - UNIFIEO; 3. Faculdade Montessori de Educação e Cultura - FAMEC) |
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| INTRODUÇÃO: |
Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver uma interface eletrônica de aquisição de dados, processamento e armazenamento de sinais eletrônicos em um banco de memória não volátil. Uma das principais inovações a ser enfatizada é a implementação da estrutura TEDS em uma memória serial não volátil, controlada por apenas dois fios e fisicamente localizada na mesma placa amplificadora do transdutor. Desta forma, este sistema pode ser utilizado em campo para pesquisa científica, nas áreas da biologia, automação industrial, medicina e coleta de dados ambientais.
O módulo STIM (Smart Tranducer Interface Module) aqui desenvolvido tem a finalidade de monitorar os sensores em conformidade com a norma IEEE 1451.4. Este módulo utiliza um microcontrolador de propósito geral tipo PIC16F877.
A norma IEEE 1451.4 permite utilizar sensores digitais (inteligentes) e analógicos de uso geral que são mais comuns e que podem tornar-se adequado à norma utilizando-se uma interface MMI (Mixed Mode Interface) conectada ao módulo STIM.
A utilização da interface MMI e o armazenamento do TEDS em memória serial EEPROM permitem a construção de sensores tipo plug&play.
Este trabalho mostra o desenvolvimento de um módulo genérico de aquisição de sinais baseado na norma IEEE 1451.4 com cinco canais analógicos e oito saídas digitais de propósito geral. |
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| METODOLOGIA: |
O sistema de aquisição proposto é constituído por um módulo chamado de STIM (“Smart Transducer Interface Module”) cujo elemento principal é um microcontrolador com arquitetura RISC de propósito geral. O módulo STIM é conectado a um computador via interface serial (RS232) para transmitir dados dos sensores e receber comandos de controle.
Os sensores analógicos aqui utilizados foram adequados ao sistema utilizando-se da técnica chamada MMI (Mixed Mode Interface) em conformidade com a norma IEEE 1451.4, transformando os sensores em um sistema plug&play. O módulo STIM é monitorado por um software residente no computador PC permitindo que os dados adquiridos dos sensores sejam visualizados e gravados em arquivo para posterior estudo.
A obtenção de um sistema de sensores plug&play foi desenvolvida utilizando a estrutura TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) gravada em uma memória serial não volátil. O TEDS possui informações e especificações técnicas do transdutor de acordo com um modelo (template) conforme a norma IEEE 1451.4, tal que, quando um sensor é conectado, o sistema exibe na tela do computador informações tais como, o canal conectado, o tipo de sensor, o modelo, número de série, nome do fabricante e a data de fabricação.
Neste trabalho foram implementados dois módulos MMI utilizando dois sensores analógicos, temperatura e pH. Estes dois módulos MMI possibilitaram realizar medidas comparativas que fundamentam o funcionamento do sistema. |
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| RESULTADOS: |
Neste projeto são mostrados alguns resultados obtidos, onde foram feitas comparações com parâmetros conhecidos para avaliar a fidelidade do sistema.
O ensaio preliminar foi feito no módulo STIM para constatar as suas funcionalidades em editar, gravar e reconhecer o TEDS pelo banco de dados cadastrado previamente e verificar a conversão do sinal com relação às faixas programadas no banco de dados transdutores.txt. A execução do ensaio do módulo STIM foi feita por um dispositivo especialmente desenvolvido para esta finalidade. O dispositivo de teste possui um potenciômetro que permite variar a tensão no canal inserido e uma memória EEPROM para armazenar o TEDS possibilitando assim simular um sensor genérico em qualquer canal do módulo STIM.
Os ensaios foram feitos para testar os módulos MMI e seus respectivos sensores, temperatura e pH. Para a medida de temperatura concluimos que a diferença apresentada foi de aproximadamente 0,5ºC entre o termômetro de mercúrio e o sensor LM35, diferença esta que é relatada no data sheet do sensor LM35.
Com relação às medidas de pH podemos concluir que os valores medidos em ambas soluções, básica e ácida, apresentaram pequenas diferenças devido ao fato de que o sensor de temperatura utilizado na compensação sofre uma variação que pode alcançar 1ºC. Desta forma, este parâmetro influencia na obtenção dos valores de pH termo-compensados.
Os resultados foram satisfatórios no que tange a precisão, robustez e funcionalidade do editor TEDS. |
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| CONCLUSÕES: |
O hardware e o software desenvolvido mostraram-se bastante eficiente e robusto como mostram os resultados coletados experimentalmente. Vale ressaltar que o sistema de hardware foi implementado com base nas normas estabelecidas pela IEEE 1451.4. Um ponto relevante da norma IEEE 1451.4 permite que mesmo utilizando sensores comuns, estes podem ser adequados a implementação de um módulo (MMI) de sensores plug&play. Com relação ao software de monitoramento residente no PC, este se mostrou eficiente na coleta e demonstração dos dados adquiridos além de possuir uma interface amigável com o usuário.
Quanto aos resultados obtidos nos ensaios foi possível averiguar que para as medidas de temperatura com sensor LM35 obtivemos diferenças da ordem de 0,5ºC. Esta diferença não é significativa em algumas aplicações em ambientes industriais, bioquímico, automotivo dentre outros.
Quanto às medidas de pH foi observado que para a solução padrão de 6,86 pH@20ºC obtivemos resultados precisos quando comparamos com um medidor comercial marca Quimis. O mesmo ocorreu para a solução de 4,01 pH@20ºC. Isto foi possível graças à utilização da medida termo-compensada, pois no dia que foi executada a medida, a temperatura ambiente (temperatura da solução) estava em torno de 28ºC.
Desta forma podemos afirmar que este trabalho possui inúmeras aplicações práticas para fins de produção industriais e de pesquisa acadêmica. |
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Instituição de fomento: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – EPUSP
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Palavras-chave: IEEE 1451.4; plug&play; sensores. |
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| Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006 |
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