Medição Usando Cloud Computing

Medição Usando CloudComputing

André MachadoDiego Oliveira

Ricardo SantosWillians de Almeida

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Internet das Coisas

• IoT – Internet of Things– Motivações:

• Expansão da Internet ao mundo físico;• Interação entre dispositivos (Machine to Machine

M2M);• Smart Device;• Revolução tecnológica: Mais de 13 bilhões de

dispositivos conectados.

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Internet of Things

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Projeto

• Objetivo:– Disponibilizar em Cloud:

• Consumo de energia elétrica;• Consumo de água;• Fator de potência;

• Aplicações:• Condomínios;• Comércios;• Industrias;

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Projeto

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Hardware

.

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Microcontrolador

• Características mais relevantes:– Comunicação Serial (SPI/USART);– Conversor A/D;– Timer;– Contador de Pulsos;– Criptografia;– Low Power;– Redundância em hardware;

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Dispositivos de Medição

• Sensor de consumo elétrico:– SCT-013-000

• Sensor efeito Hall;• Saída 0 – 50mV;• Temp. Trab.: -25ºC até 70ºC• Produzido por: XiDi Technology

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Dispositivos de Medição• Sensor de vazão:

– POW110D3B• Sensor de efeito Hall;• Saída: Sinal Pulsante• Temp. Trab.: -25ºC até +80ºC• Pressão de Op.: <=1,2Mpa

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Efeito Hall

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Módulo de Comunicação Wifi

• Hi – Link RM04– Transmissão de dados Ethernet / Wifi;– Protocolos padronizados;– Interface c/ 2p Ethernet, 2 Seriais, 1 USB +

GPIO;– Modo de trabalho: Client / AP / Router;– Temp. Trab.: -20ºC até +70ºC

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• Com. Serial:– Transmissão transparente ou,– Comandos AT.

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Conversor A/D• Periférico microcontrolador:

– Converte informações Analógicas para Digitais.

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Conversor A/D

• Requisitos:– Condicionamento de sinal

• AmpOp– Resolução

• Exatidão requerida pela medida– Amostragem

• Evitar Sub-amostragem

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Conversor A/D• Resolução:

Resolução = 127v/2^11 = 0,062012 Resolução = 127v/2^12 = 0,031006 0,031006 < 0,062012

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Conversor A/D• Evitar Sub-amostragem / Aliasing:

– Taxa Amost > 2X(Maior Freq. Sinal Medido)

Sinal de 100Hz amostrado a 500Hz, daí temos 5 amostras por ciclo senoidal (SANTOS, 2006) 19

Conversor A/D• Evitar Aliasing / Sub Amostragem:


Sinal de 100Hz amostrado a 83,3Hz. Aqui vemos o sinal original em azul e os sinal vistos pelo conversor A/D em vermelho

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Conversor A/D• Evitar Aliasing / Sub Amostragem:


Freq. Rede = 60hzf = 1/t t=1/60hz T = 16,66ms

Conversor A/D converte até 300 ksps1000ms – 300.000 sps16,66ms – xX = 5000 Amostras / ciclo

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Conversor A/D• Condicionamento de sinal:

– Entrada do Conversor A/D: 0 – 3.3v– Saída sensor de consumo elét.: -50mv - +50mv

• Amplificador Operacional:

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AmpOp• Utilizado: CI INA126• Características:

– Baixa corrente quiescente: 175 mA/chan.– Larga escala de alimentação: +/-1,35V até +/-18V– Baixo offset: 250 mV max.– Baixo drift: 3mV/ºC max.– Baixa corrente nos pinos de entrada do amplificador: 25nA.

• Aplicações típicas:– Amplificador de sensores industriais: Bridge, RTD, Termopar.– Amplificador fisiológico: ECG, EEG, EMG– Aquisição de dados multicanal.– Sistemas portáteis operados por bateria

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Filtros• Qual Objetivo?

• Qual configuração?

• 푅 = ,

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Micro SD

• Armazenagem de dados– Celulares;– Gps;– Dataloggers e etc.

• SPI – Interface Serial– FAT16– FAT32

• Objetivo Micro SD?

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Fontes de alimentação• NCP1402

– Conversor DC – DC• Ent.: 1V – 4V• Saída: Estabilizada de 5V

• Objetivo?

CE 1

OUT 2

NC 3

LX5

GND4

U5

NCP1402

+-

PS1BS2450

D1

MBRA140

12

C110uF

L1

47uH

12

C268uF

+VBAT +5V

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Fontes de alimentação• LT1667

– Conversor DC – DC• Ent.: >=1V• Saída: >-34V

• Objetivo?– -3V a +3V

Acr

esce

ntad

o

R1034.8K

GND 2

SW 1

NFB 3

VIN5

/SHDN4

U8

LT1617

+VBAT

C104.7pF

L4

10uH380.0 mOhms max.

L5

10uH380.0 mOhms max.

C11

470n

-3V

C12100p 1

2

C1310uF

R1124.9KD5

MBRA140

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Fontes de alimentação• NCP1402

– Conversor DC – DC• Ent.: 1 – 4 v• Saída: Estabilizada de 5v

• Objetivo?

CE 1

OUT 2

NC 3

LX5

GND4

U5

NCP1402

+-

PS1BS2450

D1

MBRA140

12

C110uF

L1

47uH

12

C268uF

+VBAT +5V

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Fontes de alimentação• Imunização• Objetivo

– Microcontrolador• Estabilidade• Ruídos

L2

BEAD

+3.3V

C5

100n

C6100n

12

C71OuF

12

C810uF

+3V3_DIG

+3V3_ANA

L3

10uH

Segundo Application Notes Atmel29

Software Configurador

• Objetivo– Configuração da placa

– RAD Studio XE5 usando a linguagem Delphi.

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Firmware

• Ambiente

Confecção dos fluxogramas de funcionamento.

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Página Cloud - Xively

• Visualização dos dados em Cloud;– Bibliotecas prontas;– Desenvolvedores sem recursos.

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Fator de Potência

• Motivações– Grau de eficiência de um sistema elétrico.

• Não respeitar = multa.

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Fator de Potência• Fontes de um baixo FP:

– Cargas Indutivas:• Motores superdimensionados para as máquinas a eles acopladas;• Transformadores em operação em vazio ou em carga leve;• Fornos a arco;• Fornos de indução eletromagnética;• Máquinas de solda a transformador;• Grande número de motores de pequena potência em operação durante um

longo período.

Fonte :https://www.aeseletropaulo.com.br/poder-publico/sobre-energia/conteudo/energia-reativa

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Fator de Potência

Corrente atrasada em relação a tensão, circuito indutivo

Método de cálculo FP:

푉푟푚푠 =푉푝√2

퐼푟푚푠 =퐼푝√2

푃푚 = 푉푚푥퐼푚

2 × cos휃

푃푎 = 푉푟푚푠푥퐼푟푚푠푓푝 =

푃푎푃푚

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Sinais amostrados V*I

Sinal proveniente da saída amplificada do sinal de corrente

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Sinais amostrados V*I

Sinal da medição da tensão elétrica

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Testes e Resultados• Fontes de alimentação

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Testes e Resultados: Fontes de alimentação

Falhas nas fontes devido ao alto consumo do módulo hi link.

Estabilização das fontes com o auxílio USB PC

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Teste e Resultados: Gravação Microcontrolador

1234

10987

5 6

J2

CONN-DIL10

+3.3V

/RST

TCKTDOTMS

TDI

Montagem inicial: FALHA.

Conector para programação no padrão JTAG

+3.3V

135

246

J9

CON-DIL6PDI - Conector paraprogramador MKII

PDI/RST

PDI_DATA 12

J10

CONN-SIL2Usar quando for gravar.hex através do FLIP.

Para uso bootloader ligaresse jumper

MISO

Correção V.1: FALHA.

Correção V.2: SUCESSO com a retirada do capacitor.

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Testes e Resultados: Periféricos

• USB: Falha• MicroSD: Falha• USART: Sucesso

– Resultou na possibilidade de teste de outros periféricos.• Conversor A/D: Sucesso após correções.

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Testes e Resultados: Canais Analógicos

• Injetado -50mv In– Valor esperado = 0.– FALHA.

• Variação Pot +/-50mv In– Valor esperado = Diversos..– FALHA.

Valor de entrada Valor de saída

-49,4mV 122,5mV

-25,3mV 1,680V

0 2,77V

25,0mV 2,77V

Tabela x: Resultados das medida do amplificador U6. 47


Sinal coletado da saída do diodo, em laranja a entrada e em azul a saída

Sinal coletado após a remoção dos capacitores C20 e C21, em laranja a entrada e em azul a saída

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Sinal coletado após a remoção dos capacitores C20 e C21, em laranja a entrada e em azul a saída

SUCESSO

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Testes e Resultados:Módulo RM04 (Wifi)

• Microcontrolador:

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Testes e Resultados:Módulo RM04 (Wifi)

• Microcontrolador:

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Testes e Resultados:Módulo RM04 (Wifi)• Microcontrolador:

– O resultado foi satisfatório sendo alcançada a estabilidade dos dados enviados, antes instáveis.

• Software PC:– Envio de dados comando AT.

SUCESSO.

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Considerações Finais• Viabilidade

– Projeto de baixo custo e grande demandacomercial, dadas as necessidades residênciase industriais

• Dificuldades– Pela complexidade do projeto, alguns objetivos

não foram alcançados em sua plenitude.• Futuro

– Por ser um projeto de grande potencial, nósdaremos continuidade no projeto afim detransformá-lo em um produto comercializável.

– A Internet das Coisas é o futuro em nossopresente 53

Muito Obrigado!

Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que

parecia impossível.

Charles Chaplin

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Devices & Hardware

Medição Usando Cloud Computing