Interfaces
São circuitos utilizados
para enviar ou receber informações do mundo exterior, quando estas informações
de entrada e saída enviadas ou recebidas através dos dispositivos externos
forem diferentes dos especificados pela unidade microcontrolada, existe a necessidade
de utilizar interfaces para a comunicação desses sinais.
Interfaces são circuitos
elétricos ou eletrônicos, compostos de componentes de proteção ou de potência,
exemplo, a saída do Arduino não tem capacidade para acionar um motor
trifásico, então é utilizado um circuito composto por um relé de 5 ou 12V que
ativa a bobina de um contator, que fecha seus contatos e coloca em
funcionamento o motor. Será apresentado agora alguns componentes e métodos que podem ser utilizados com Arduino.
Transistor Bipolar
Na figura temos um modelo do transistor
bipolar utilizado no projeto. A função de um transistor bipolar em um circuito, que pode
ser de amplificar um sinal alternado, servir como driver para uma corrente
contínua, chavear uma tensão, enfim, ele tem inúmeras aplicações. Para que um
transistor funcione perfeitamente você deve polarizá - lo de forma correta. Existem
transistores bipolares NPN e PNP e os dois tipos tem formas distintas de
polarização, coletor comum, emissor comum, base comum.
Na interface do Arduino, ele pode ser configurado como base comum, e tem a função de acionar um relé, operando como um interruptor, ou
seja, uma chave eletrônica, permitindo ou não a passagem de corrente elétrica
dependendo do estado do microcontrolador, e consequentemente acionar a carga no
circuito externo.
Transistor bipolar
Fonte: Google imagens
Diodo de Proteção
Como em uma comunicação externa existem transistores disparando relés, é
necessário um diodo em paralelo com a bobina do mesmo, funcionando como
proteção. No momento em que um relé é desenergizado, as linhas de
força do campo magnético da bobina, que se encontram em seu estado de expansão
máxima, começam a se contrair. Nesta contração, as espiras da bobina do próprio
relé são cortadas, havendo então a indução de uma tensão. Esta tensão tem
polaridade oposta àquela que criou o campo e pode atingir valores muito altos. O
valor desta tensão depende da velocidade de contração do campo e da indutância
da bobina. Se o componente que faz o acionamento do relé, no caso o transistor,
não estiver dimensionado para suportar esta tensão, se não houver uma proteção
adequada, sua queima será inevitável. O diodo mencionado tem a função de proteger
o transistor, bloqueando a corrente oposta. A figura mostra um diodo típico para esse tipo de aplicação.
Fonte: Google imagens
Relé de 5 Pinos
Quando existe a necessidade de uma interface robusta, que suporte
uma carga maior, ou seja, maiores tensões e correntes elétricas, uma
alternativa é o uso dos relés.
A figura mostra um relé de 5 pinos, capaz de acionar cargas com
correntes de até 10A em 127Vac.
Os relés são dispositivos comutadores eletromecânicos. Isso
significa que, através de uma corrente de controle aplicada à bobina de um
relé, podemos abrir, fechar ou comutar os contatos de uma determinada forma,
controlando assim as correntes que circulam por circuitos externos.
Uma vantagem de usar esse tipo de configuração, é que a saída do Arduino fica
livre de transitórios da rede.
Esse componente é
extremamente robusto em relação à tensão e corrente aplicada através dele. Ele
permiti o chaveamento de tensões 220Vac com corrente máxima 7A e 127Vac com
corrente máxima de 10A, ou seja funciona como um interruptor, ligando e
desligando cargas, como lâmpadas e eletrodomésticos.
Uma outra alternativa, que pode ser usado no Arduino, é o uso dos
relés para acionamento de contatores de potência, onde será possível acionar
cargas trifásicas de alto consumo, como por exemplo motores trifásicos.
Relé eletromecânico
Fonte: Google imagens
Optoacoplador
O interfaceamento entre um Arduino e qualquer
equipamento a ser controlado apresenta algumas dificuldades técnicas que
envolvem principalmente segurança. As altas tensões que são usadas para
alimentar os equipamentos controlados podem ser perigosas para o Arduino e
qualquer descuido pode significar a queima completa dos delicados circuitos
internos. A figura apresenta um modelo de optoacoplador de 4 pinos.
Optoacoplador
Fonte: Google imagens
Para isolar os circuitos controlados, a melhor solução é a óptica.Os circuitos integrados que formam o Arduino,
são extremamente delicados e qualquer pulso de tensão elevada pode causar danos
imediatos e irreparáveis.
Por outro lado, os circuitos controlados pelo Arduino em ambiente externo, em experimentos de robótica e mecatrônica envolvem normalmente o
uso de cargas indutivas como motores, solenoides e relés que são dispositivos
que, além de operarem com tensões elevadas, são responsáveis pela produção de
pulsos de tensão quando comutam.
Um acoplador óptico é formado por uma fonte de luz que pode ser
modulada ou controlada com facilidade, como por exemplo, um LED infravermelho
e um receptor que possa receber e produzir um sinal a partir do sinal de luz modulado.
Os dois elementos são montados numa câmara hermética sem contato físico,
conforme mostra a figura.
Esquema interno de um optoacoplador
Fonte: Google imagens
Esta separação física ao mesmo tempo que não impede a passagem do
sinal de um para outro na forma de radiação eletromagnética proporciona um
isolamento de milhares de volts entre os circuitos dos dois componentes.
Trimpot
O trimpot mostrado na figura é um resistor variável, que no
circuito da entrada analógica, tem a função de fino ajuste do sinal
aplicado a entrada analógica do Arduino, mas somente quando selecionado a
configuração de 0 a 10V (jumper JP1
fechado).
Para garantir que a tensão de entrada no Arduino seja de 5V,
quando estiver utilizando sensores de 0 a 10V.
Trimpot
Fonte: Google imagens
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