Boa tarde, 

Participo de uma grupo de voluntários que pretende desenvolver um Respirador , nesses tempos de COVID-19. 

https://www.instagram.com/ambusolear/

https://github.com/tiagocriaar/AMBU-SOL-AR

Estou responsável pelo controle do Motor de passo. E durante os testes que tenho feito, estou usando um sensor Hall, que eu desenvolvi. Tudo bem simples, mas funcional e confiável. 

Não sei se sabem, mas dentro de motores sem escovas (BLDC), existe um rotor com vários magnetos. E exatamente esse rotor que eu tenho usado para gerar os pulsos para eu efetuar as medições de rotações do motor. Você pode encontrar motores sem escovas em Hard Disks, nos antigos disquete drivers, nos antigos Video K7, etc. 

Se quiser saber mais sobre os motores sem escovas (BLDC) tenho esses tutoriais:

Tutorial : ARDUINO + ESC + Motor sem escova (Brushless) => DRONE

Tutorial - Motor sem escova (BLDC) + Driver L6234

DJI Phantom 2 - quadricoptero

O sensor Hall usado nessa montagem foi o A3144. Mas pode usar um outro qualquer, desde que faça a montagem de acordo com as especificações do sensor. 

Sensor A3144 - Datasheet

Nesse link, tem a teoria do sensor Hall: 

Teoria de funcionamento de um sensor Hall

Diagrama do Sensor Hall - RPM :

(clique no diagrama para ampliá-lo) 

Como o sensor tem uma saída coletor Aberto, usei um resistor de 10 K ohms conectado nessa sáida. 

O tensão de alimentação pode variar entre 4,5V a 24V. Usei 5V para poder conectar em um Arduino. 

Outras imagens da minha montagem :

(clique nas imagens para ampliá-las) 

Visão por baixo da placa de circuito:

( nessa faixa de cobre, eu soldei um fio de cobre rígido, mais firme para servir de suporte da placa.  Esse fio de cobre pode ser preso com um parafuso perto do motor). 

Usei um cabo de telefone para conectar o sensor ao conector:

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Uma pequena amostra de Rotores de motores BLDC, que eu obtive na minha sucata! :

Esse Rotor de motor BLDC de Video K7, possui 16 magnetos internamente. Portanto geram 8 pulsos durante cada giro do rotor. Explicando melhor - o sensor Hall só gera pulso quando existe uma inversão de polarização do Magneto ou do Imã. Usando o sensor Hall, consegui detectar onde ficavam os magnetos, e marquei com caneta. O centro foi alargado com um broca. 

Diâmetro = 30 mm. 

Esse outro Rotor de motor BLDC também é de Video K7, só que tem somente 8 magnetos. 

Uma volta (360 graus) / 8 = 45 graus.  Diâmetro = 48 mm. 

Esse rotor é de motor de CD-ROM antigo.  Mas tem 12 magnetos! Isso é bom, vou explicar depois. 

Um desafio é conseguir prender esses rotores em eixos de motor, com precisão! Se ficarem fora do centro, ficarão oscilando!  Sugestões de como fazer isso, são bem vindas. 

(clique na imagens, para poder ampliá-las) 

E o rotor mais fácil de encontrar! 

Rotor de um motor de Hard Disk, mas tem somente 6 magnetos. Veja que no centro tem tem rolamento. Esse rotor precisa ser fixado no eixo, senão ficará girando livremente devido ao rolamento. 

Diâmetro = 30 mm. 

Essa outra foto, é de um Sensor Hall antigo. Veja como o sensor deverá ficar posicionado em relação aos magnetos do Rotor do Motor BLDC. Esse rotor é fantástico, pois possui um parafuso Allen para prende-lo no eixo do motor de passo. E o diâmetro da abertura é exatamente igual ao diâmetro do eixo do motor - 6 mm! . Esse rotor (de motor de video K7) tem 12 magnetos, portanto gera 6 pulsos para cada giro no motor. O diâmetro desse rotor é de 48 mm. 

Agora é parte da medição de RPM ! 

Primeiramente algumas fórmulas básicas: 

   RPM = é o número de rotações (ou revoluções) por minuto. 

Se capturar a frequência do pulso do motor, poderá fazer algumas previsões :

   RPS = rotações por segundo. 

Se um pulso for gerado para cada volta (rotação), e se a frequência for constante :

   RPM = 60 x RPS     ( um minuto tem 60 segundos) 

Mas tudo muda se mais pulsos forem gerados a cada volta! 

O erro da medição será maior, quanto maior for o fator multiplicador. 

Por exemplo: 

a) Rotor com 12 Magnetos: 

   Sabemos que com 12 magnetos, seis pulsos serão gerados a cada volta. Chamaremos esse rotor de  RPS-6. Portanto :

   RPM = 10 x RPS-6  (fica mais simples descobrir o RPM, pois é só multiplicar por dez) 

b) Rotor com 6 Magnetos: 

   Sabemos que com 6 magnetos, três pulsos serão gerados a cada volta. Chamaremos esse rotor de  RPS-3. Portanto :

   RPM = 20 x RPS-3  

  

c) Rotor com 8 Magnetos: 

   Sabemos que com 8 magnetos, quatro pulsos serão gerados a cada volta. Chamaremos esse rotor de  RPS-4. Portanto :

   RPM = 15 x RPS-4  

d) Rotor com 16 Magnetos: 

   Sabemos que com 16 magnetos, oito pulsos serão gerados a cada volta. Chamaremos esse rotor de  RPS-8. Portanto :

   RPM = 7,5 x RPS-8  

O melhor meio de medir o RPM é usando um analisador Lógico! 

Se não tiver um analisado lógico, poderá usar um Arduino para simular um !  Veja esse meu tutorial :

Tutorial : Analisador Lógico com Arduino por José Gustavo Abreu Murta

Como o Sensor Hall gera pulsos de 5V, bem definidos, esses pulsos poderão ser capturados por uma das portas digitais do analisador lógico. Fiz testes com Encoder ótico, e a performance é inferior. O sensores óticos podem sofrer interferências externas de luz. Além do mais, você precisará ajustar o circuito do comparador para captar um pulso sem grande histerese.

O analisador lógico que eu tenho usado é o similar ao Saleae (clone chinês). Barato e bom. O programa do analisador usado por mim é o mesmo do analisador original. 

https://www.saleae.com/pt/downloads/ 

Clone Chinês: Analisador Lógico 8ch Saleae (ML) 

O legal de usar um analisador lógico, é que com ele conseguimos captar as variações de velocidade, de RPM e determinar quando o motor começou a girar e quando parou. Além do mais, poderá pesquisar alguma irregularidade no giro do motor. 

Veja nessa tela do Analisador Lógico,  os pulsos enviados para o driver do motor, os pulsos do Sensor Hall RPS-6  e mais outras chaves e pulsos. 

(clique na imagem, para ampliá-la) 

Encontrei esse vídeo tutorial de como usar um analisador Lógico :

Medindo o RPM da minha Furadeira/Parafusadeira Bosch GSR 1800-LI Professional. 

Montei o Rotor do CD-ROM (12 Magnetos) na ponta da Furadeira. 

a) Rotor com 12 Magnetos: 

   Sabemos que com 12 magnetos, seis pulsos serão gerados a cada volta. Chamaremos esse rotor de  RPS-6. Portanto :

   RPM = 10 x RPS-6  (fica mais simples descobrir o RPM, pois é só multiplicar por dez) 

Seleção de Velocidade 1 : (botão pressionado na máxima velocidade) 

 Medi a frequência com meu osciloscópio Tektronix. 

 Freq = 33,57 Hz 

 RPM = 10 x 33,57 = 335,7 RPM 

Seleção de Velocidade 2: (botão pressionado na máxima velocidade) 

Medi a frequência com meu osciloscópio Tektronix. 

 Freq = 104,92 Hz 

 RPM = 10 x 104,92 = 1049,2 RPM 

No manual da Furadeira consta :

n0 1 min-1    =  0 – 400   (RPM) 
n0 2 min-1    =  0 – 1300  (RPM) 

Obs: a bateria não é nova e nem deve estar totalmente carregada,

Essas velocidades podem ser medidas com um Arduino, por exemplo! 

Ze Gustavo meu bom amigo,

      Zé, eu estou tentando a algum tempo encontrar algum grupo que venha trabalhando no desenvolvimento de respiradores, visto que pelo que entendi existem basicamente dois tipos, os que utilizam algum tipo de balão, onde no nosso caso o arduino controlaria um sistema mecanico que pressiona e solta o balão de respitação, emitindo assim ar ao paciente,  porem, esse modelo é muito basico.

    E o segundo sistema, que utiliza Oxigênio e Ar comprimido Hospitalar, em geral vindos por tubulações,  nesse segundo caso, utilizando o arduino, ele seria responsavel pela abertura de valvulas(possivelmente solenoides) que permitiriam a passagem do ar, antes regulados por medicos.

   Porem, verifiquei que no caso desse segundo, mais profissional, tem vaaaarias variantes que podem ser melhoradas em um produto, como regulagem automatica da abertura das valvulas de O2 e ar comprimido, ao inves de ser feitas manualmente,  outra é a colocação de sensores de pressão, para captar os níveis de respitação do paciente e o sistema entregar um valor pra compensar.

    Em todos esses casos citados, existe uma valvula que criei a cerca de 6 meses atras que podera ser a solução.

    Criei essa valvula para regular o fluxo de Gás para cozinhar cerveja, visto que estava criando um sistema de automação do processo ( ate o cliente desaparecer por ter brigado com a esposa kkkk )   

    Bem, gostaria de falar com você diretamente,  vou deixar meu email particular aqui pela primeira vez,  entra em contato e te passo o esquema,  meu email é:  weideraju@gmail.com

    Fico aguardando seu contato.

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