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Dimmer Microcontrolado com PIC
Olá pessoal, gostaria de compartilhar com vocês um pouco de um projeto que estou realizando aqui na faculdade, e tbm conseguir algumas dicas com vocês:
Dimmers são dispositivos utilizados para variar a intensidade de uma corrente elétrica média em uma carga. Eles consistem de gradadores que, através da diminuição ou aumento da tensão valor eficaz e, portanto, um aumento da potência média de uma lâmpada, controlam a intensidade da luz produzida pela mesma. Um dimmer tem como objetivo fazer com que aumente ou diminua a intensidade luminosa através de um potenciômetro, que auxilia nessa operação.
O projeto idealizado consiste do mesmo principio, porém, o gradador que faz o controle do disparo foi substituído por um sistema microcontrolado com detecção de passagem da onda por zero.
A figura a seguir apresenta o esquemático do circuito projetado
de começo é isso pessoal, aos poucos vou mostrar tbm o processo de construção e o codigo do pic utilizado para a leitura da passagem por zero (zero crossing);
Zero Crossing: A técnica conhecida como Zero Crossing, consiste em controlar o disparo para acontecer exatamente no momento em que a senoide passar pelo valor de tensão igual a zero. Assim, a subida de tensão na carga não será tão brusca e isso evitará a emissão de interferências, reduzindo a geração de harmônicas e diminuindo sobremaneira os problemas que são gerados pelo controle por fase. A figura a seguir mostra o Zero Crossing em uma onda senoidal de 60Hz.
O circuito detector de Zero Crossing proposto no projeto é de simples implementação, conforme é apresentado a seguir.
Este método de acionamento, por passagem no zero, permite um controle tão eficiente quanto o de disparo por fase, mas com a vantagem de evitar interferências ou gerar harmônicas.
O sinal senoidal retificado está presente no ponto A, enquanto o nível de sinal é alto, o resistor limitador de corrente R3 mantém o LED do optoacoplador ligado, isso mantém transistor Q1 saturado. Isto faz com que a tensão seja igual à zero no ponto B. Quando o valor da tensão retificada passar por zero, a corrente pelo resistor R3 irá cessar, e o transistor Q1 entrará em corte. Agora a tensão no ponto B é fornecida pelo VCC=5V. A figura 15 apresenta os espectros de sinais obtidos
Channel A, é o sinal proveniente da saída do ponto B;(~4,5V)
Channel B, é o sinal proveniente da saída da ponte retificadora; (~127V Fase)
Channel C, é o sinal sobre LED do optoacoplador.
Cálculos dos componentes:
O circuito apresentado na figura 14 é composto por:
- Ponte Retificadora RS207
- Resistor 39kΩ - 1W (R3)
- Resistor 22kΩ - 1/2W (R2)
- Optoacoplador 4N25
Resistor limitador de corrente: A corrente de operação do LED do optoacoplador 4N25 é determinada pelo fabricante entre 10mA e 80mA Max e tensão de entrada típica de 1,3V e máxima de 1,5V. Para garantir uma maior vida útil e ainda a eficiência do circuito, a corrente é limitada em 3mA na base do LED. Confira os cálculos abaixo
Potência Dissipada no Resistor
O LED do optoacoplador faz saturar a base do transistor sempre que o sinal retificado é diferente de zero. Toda vez que o sinal implicado no LED é zero o transistor Q1 entra na região de corte. Como não há resistência ligada a base de Q1, é calculado, de forma que, quanto maior a resistência do coletor, maior o tempo de saturação de Q1. Sendo assim, R2 é calculado de maneira a minimizar ao máximo o tempo de corte do transistor. (Duração do pulso de corte =~1,3ms)[1]
Controle de Disparo:
Este é composto um optoacoplador, MOC3020, de isolamento constituído de um diodo emissor de luz infravermelho controlando um FotoTriac em tensões de rede iguais a 220V,
Além do optoacoplador, um Triac BT138 é o responsável pelo corte da onda senoidal de saída, controlando a potência dissipada na carga.
O TRIAC pode ser disparado por uma corrente positiva aplicada no terminal de disparo (gate). Uma vez disparado, o dispositivo continua a conduzir até que a corrente elétrica caia abaixo do valor de corte, como o valor da tensão final da metade do ciclo de uma corrente alternada. Isto torna o TRIAC um conveniente dispositivo de controle para circuitos de corrente alternada, que permite acionar grandes potências com circuitos acionados por correntes da ordem de miliampere. O resistor R8 é especificado em alguns circuitos exemplares no datasheet do componente (MOC3020) e tem a função de limitar a corrente do pulso de disparo no gate do Triac.
O módulo projetado tem por finalidade o controle de cargas resistivas, tais como, lâmpadas incandescentes, lâmpadas dicroica, resistências, etc.
Projetado para cargas de até 4A, com potencia de ~500W em 110V e de até ~880W em 220V.
Microcontrolador:
Quando há o sinal de disparo na porta RB0 do PIC, proveniente do circuito detector de passagem por zero, faz-se com que uma interrupção seja gerada no processador. Esta interrupção desvia o código para uma sub rotina que faz o controle do Triac.
Um contador que fragmenta o intervalo de 0 a 8,3ms [1] em 256 pedaços é iniciado toda vez que o sinal de Zero Crossing é detectado na porta RB0 do microcontrolador, para cada contagem tem-se um tempo igual a:
Ou seja, existe uma interrupção a cada 32.4µs que verifica um decremento de uma variável.
Exemplo:
Se passarem 8,33 ms, ou seja 100% da potência na carga é dissipada, significa que isso aconteceu 256 vezes
Se passarem 4,16 ms, ou seja 50% da potência na carga é dissipada, significa que isso aconteceu 128 vezes
A figura a seguir apresenta o circuito do modulo dimerizado microcontrolado em sua forma fisíca.
em breve atualizações.
- Anexos
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Zero Crossing.png, 31 KB
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Respostas a este tópico
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Permalink Responder até Sillas Silva Santos em
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Gustavo, agradeceria muito, não só eu, mas muitas pessoas, pois é muito difícil encontrar materiais voltados para inteligencia artificial, principalmente em português. Mas de antemão tem algum material de estudo que possa compartilhar? tipo, códigos, links, documentos, videos etc. Obrigado por responder, sucesso!
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Permalink Responder até Luciano Bellarmino em
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Bom dia!
Onde você comenta sobre o Zero Crossing, fala que o objetivo do mesmo é fazer com que o disparo ocorra no exato momento em que a senoide passa pelo zero, evitando assim harmônicas. Mas é inevitável que se faça o disparo em um momento posterior a passagem por zero em um gradador ou então teríamos sempre a saída em 100%. Não houve um equivoco? A função deste circuito, é apenas detectar a passagem pelo zero e o momento do disparo é determinado por lógica com base no set-point desejado na saída, não?
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Permalink Responder até Mauricio de Souza Ortega em
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Observação correta Luciano,
Somente sincronismo, onde sabemos com quanto de atraso devemos disparar o triac.
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Permalink Responder até Weider Duarte em
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Olá Rodrigo,
Cara, eu tô partindo pra meu sistema solo de DOMOTICA, que é isso ai.
Porem, como já fiz algumas coisas em casa, hoje meu foco é um pouco diferente do seu, deixa explicar:
Eu criei um super sistema de irrigação multi ambiente pra o mini sitio, jardim e interno, e tambem automatizei as lampadas externas por um sistema que liga baseado na luminosidade e desliga baseado na hora, ou seja, começou a escurecer ele liga, mas como me deito por volta da meia noite diariamente, o sistema se desliga pontualmente a meia note e meia visto que não preciso de luzes acesas de madrugada.
Bem, quando falei do foco, o seu foco foi seu TCC, logo, vi que varias barreiras foram vencidas com a ajuda do PIC.
No meu caso o foco é outro, o meu foco hoje a a MINIATURIZAÇÃO dos modulos.
Tipo, digamos que você tenha que instalar esse sistema seu na vida real em uma residencia, já pensou onde vai meter uma placa do tamanho que vocês fizeram ?
Ai que tá, eu tô partindo pra o sistema em SMD, só que tá foda, eu consegui desenvolver um shield pra gravar o bootloader do arduino e sketchs em atmegas TQFP, porem, na hora de testar sem soldas, tá dando problema, e é puro problema de contato.
Resultado, parei os projetos, e pedi da china um adaptador TQFP para DIP, quando ele chegar eu volto a mandar ver.
Nesse meio tempo tô conseguindo componentes em smd como o 7805 que em smd é o 78l05 se não me engano.
Bem, mas parabens, pra um TCC tá fantastico.
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Permalink Responder até Rodrigo Gonçalves Santos em
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Obg Weider.
o projeto do TCC abrangeu diversas atuações, não só a dimmerização, de fato esse foi o modulo que mais "caprichei", em contrapartida todos os módulos que fizemos possuíam tamanhos inferiores a 4x2 podendo ser instalados nas caixas elétricas padrões normatizadas. isso foi em 2013.
Hoje a GVRS esta com novos projetos em andamento, utilizamos outro chip embarcado com OS nativo com portas digitais integradas.
futuramente vamos divulgar assim apresento a vcs.
Abç
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Pessoal de fato na pratica não é perceptível, mas...
Comparando disparo por fase e ZC.
Disparo por fase via potenciomentro: ao variarmos a resistência no potenciômetro , muda-se o tempo de disparo do SCR. Isto altera a forma de onda aplicada a carga. Dependendo da posição de disparo do SCR, uma parcela da senóide não é aplicada à carga, diminuindo a potência que esta pode consumir. Exatamente aí está o problema. Quando o disparo ocorre durante o pico de um ciclo, o valor da variação de tensão sobre a carga é elevado. A tensão deve sair de zero volt para o valor de pico em poucos microssegundos. Essa variação repentina de tensão na carga gera ruídos na rede elétrica, aumenta o número de harmônicas, eleva a emissão de interferências eletromagnéticas (EMI), entre outros problemas.
A intenção foi inserir ao microntrolador um ponto de leitura exato e com a maior precisão possível para setpoint. o zero crossing é o tipo de circuito mais confiável em termos de rapidez de resposta.
Se o disparo acontecer exatamente no momento em que a senóide passa pelo valor de tensão igual a zero, a subida de tensão na carga não será tão brusca e isso evitará a emissão de interferências, reduzindo a geração de harmônicas e diminuindo sobremaneira os problemas que são gerados pelo controle por fase.
Dispensa-se outros comentários visto o nível de conhecimento de vcs;
Espero sempre ajudar...
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No caso você tem um período (ciclos por exemplo) e então determina quantos ciclos ativos terá, mas sempre a onda completa, é isto?
Para controle de temperatura sei que funciona bem, porém não sabia que se comportava bem no controle de luminosidade (não gerar a sensação de que a lampada está piscando por exemplo).
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É isso Luciano, usando o disparo por fase diversas vezes ocorre a oscilação na luminosidade da lampada, a olho nú é muito sutil, em laboratório fica bem mais claro.
abç
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Acreditava que fazendo o disparo no ZC por ciclos ocorreria maior oscilação.
Tendo em vista esta ultima explicação sobre o disparo no ZC, fiquei sem entender esta imagem:
Pela imagem e pela descrição da a entender que o disparo é feito em um momento intermediário da onda.
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Bom dia.
Luciano, se for analisar o corte de onda ele pode ocorrer no inicio ou no fim do semi ciclo, desde que o corte seja rebatido em cada semi-ciclo.
O que o ZC faz é nunca permitir que a rotina do MC efetue os cortes de onda fora do intervalo fazendo com que a potencia a ser dissipada na carga seja uma no inicio e outra no fim do ciclo, causando assim a variação de potencia na carga o que gera os ruídos na rede, mesmo que irrelevante a escala residencial.
Veja, coloquei um vídeo antigo quando realizei o primeiro teste no circuito na bancada, por favor dê uma olhada.
Abç
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Rodrigo, de acordo com o vídeo o que ocorre é o que eu comentei inicialmente: o disparo não ocorre no ZC. O ZC é utilizado apenas como referencia, para saber o momento onde o semiciclo está iniciando. O disparo somente ocorre no ZC quando a potencia desejada é 100%.
Trabalhando assim, também é gerada distorção na onda pois por exemplo quando a potencia desejada for 50%, a tensão passará de 0-Vp quase instantaneamente.
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Quanto a comparação do disparo no ZC e durante o ciclo da onda: realmente, quanto possível é muito mais interessante disparar no ZC para evitar distorções na onda da rede.
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