Muito bom dia, pessoal!

Estou criando um projeto IoT para a minha velha VW Variant. A ideia é controlar diversos itens do carro por MQTT, além de fazer um alarme com rastreamento via GPS (parte ainda não implementada).

Me enrosquei num ponto e gostaria, se possível, da ajuda de vocês:

Como sou iniciante e com conhecimento muito limitado em eletrônica, estava usando módulos relés para fazer a interface entre o microcontrolador e os circuitos do carro (os meus relés acionam os relés do carro) e isso me trouxe algumas inconveniências:

1 - Os módulos ocupam muito espaço, e o painel da Variant não é famoso por ser espaçoso;

2 - Preciso receber sinais do carro, como abertura de porta, estado do pós-chave, etc., o que me obrigaria a usar mais relés.

Ao invés disso eu gostaria de usar optoacopladores, mas não entendo nada disso.

Os circuitos do carro podem oscilar entre 11V (bateria com baixa carga) e 14V (quando o alternador está funcionando em rotação mais alta) e precisaria de componentes que suportem essa tensão em duas situações diferentes:

1 - Circuito de 5V (microcontrolador) controlando o circuito de 12V (carro);

2 - Circuito de 12V (carro) controlando um circuito de 5V (input do microcontrolador);

Exemplo prático de uso:

Situação onde o microcontrolador controla o carro:

Aciono os faróis pelo celular, o microcontrolador recebe a mensagem do broker MQTT e aciona o relé dos faróis do carro;

Situação onde o carro "controla" o microcontrolador:

Ao ligar o carro, o sistema recebe 12V vindo do alternador (indicando que o carro foi ligado) e desativa o relé de partida.

Alguém faz alguma ideia de qual ou quais optacopladores poderiam ser utilizados nesse tipo de situação?

Desde já agradeço a ajuda.

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Respostas a este tópico

Boa tarde NPR , (se não gosta que te chame pelas iniciais, avise),

 o seu projeto parece bem interessante.

A questão do optoaclopladores é relativamente simples.

Mas para que possamos ajuda-lo melhor precisamos de mais infomarções.

Qual microntrolador pretende usar?

Forneça um esquema do seu projeto. (Pode fazer a mão livre ),fotografe e cole aqui.

Faça também um diagrama de blocos do projeto. Isto ajuda muito o entendimento de quem vai ajudar.

Voce quer usar mqqt ?  Tem net onde você anda com seu carro?

RV mineirin

Boa tarde, RV.

Pode chamar de NPR sim, não me importo. Ou de careca, fica a seu critério. :-)

Vamos aos detalhes:

Estou usando um ESP32 de 38 pinos para o projeto.
Quanto à conexão com a internet e obtenção do GPS, estava usando um SIM808, mas como ele só tem GPRS a baixa velocidade deixou a conexão instável, caindo toda hora e demorando muito para reconectar, mesmo reiniciando o módulo, então estou juntando uma grana para comprar um módulo LTE com GPS.
Já que meu foco é a segurança do carro, vou acoplar um velho Moto G5 (estava aqui encostado faz muito tempo) ao painel, no lugar onde ficaria o rádio, e usá-lo como central multimídia e roteador wifi onde o ESP32 irá se conectar, e também compartilhando 100% do tempo a localização dele pelo Google Maps.
Nem de longe é o ideal, mas quebra um galho até eu comprar o novo componente. Pelo wifi do celular a conexão fica estável e funciona muito bem.
Continuo usando o SIM808 apenas para GPS, já que preciso coletar a velocidade do carro (mais informações abaixo).
Quanto ao esquema do projeto e diagrama de blocos, eu nunca desenhei isso na vida, não sei nem por onde começar. :-D

Na tentativa de compensar minha ignorância nesse último item, vou tentar descrever o projeto:

SAÍDAS:
A montagem atual se baseia em 9 relés (que gostaria de substituir por optoacopladores)


Cada relé será responsável por um item do carro:
Relé 1 - Chave geral. Controla um relé secundário de 200A que liga ou desliga o cabo 30 do chicote, responsável pelo pré-chave (mais detalhes abaixo);
Relé 2 - Controla o pós-chave;
Relé 3 - Controla a partida através de um relé secundário apropriado para a corrente da partida;
Relé 4 - Lanternas;
Relé 5 - Farol baixo;
Relé 6 - Farol alto;
Relé 7 - Farol de milha (está no projeto atual, mas vou retirar em breve para economizar componentes);
Relé 8 - Pisca alerta;
Relé 9 - Dispara o alarme. Ele ativa o relé do pisca alerta, mas com a buzina ligada em conjunto, acionando os dois.

ENTRADAS:
1 - Recebe o sinal da cebolinha do freio. Ao dar a partida pelo leitor de digitais, preciso impedir a ação caso o motorista não esteja pisando no freio. Consegui simular isso com um botão pulldown.
2 - Recebe o sinal de um reed switch acoplado ao trambulador do câmbio. Se eu quiser ligar o carro pelo celular, preciso impedir que isso aconteça se o carro estiver engrenado. Consegui simular isso com um botão pulldown.
3 - Recebe o sinal do positivo do alternador. Se o alternador passou a fornecer energia, significa que o carro já ligou e está na hora de desligar a partida. Consegui simular isso com um botão pulldown.


DETALHES DA ELÉTRICA DO CARRO (não sei se é relevante, mas por via das dúvidas...):
O cabo negativo da bateria é ligado na carroceria do carro.
O positivo é ligado no terminal positivo do motor de arranque. Do motor de arranque sai o 30, cabo que alimenta toda a caixa de fusíveis.
A caixa de fusíveis é dividida em "pré-chave" (alimentado pelo 30), "pós-chave" (alimentado pelo 15, que sai do comutador da chave, responsável por ligar as luzes do painel, etc.)
O comutador da chave, depois de ligar o pós-chave, leva a corrente do pós-chave até o automático do motor de arranque (nada mais é do que um outro relé) que liga o motor de arranque para dar a partida.
Se algo funciona sem a chave no contato, está ligado no pré-chave, se só funciona depois de virar a chave (antes da partida), está ligado no pós-chave.
Então uma chave geral que corte a corrente do cabo 30, desliga qualquer coisa do carro, sendo bem mais seguro que os famosos "corta corrente".

DETALHES DA PARTIDA POR IMPRESSÃO DIGITAL:
Ao ter a digital reconhecida, o sistema verifica se o pós-chave está ligado. Se estiver desligado, ele liga.
Ao ter a mesma digital reconhecida uma segunda vez, verifica se o motorista está pisando no freio (sinal vindo da cebolinha do freio). Se estiver, dá a partida no carro. Caso contrário, nada é feito.
Ao dar a partida, o sistema começa a monitorar o positivo do alternador. Se receber o positivo, significa que o motor já está ligado, então desliga a partida (para o motor de arranque).

DETALHES DA PARTIDA PELO CELULAR:
O sistema recebe o comando por MQTT.
Verifica se o carro está no ponto morto (sinal vindo do reed switch). Se estiver, liga o pós-chave e inicia a partida. Se não estiver, nada é feito.
Dada a partida, monitora o positivo do alternador para desligar o motor de arranque (igual à partida por impressão digital)

MONITORAMENTO DAS PORTAS:
Verifica se as portas estão ou não abertas, recebendo o sinal através do interruptor da luz de cortesia (luz do teto). Se estiver aberta (luz de cortesia ligada), dispara o alarme.
Vou adicionar os mesmos interruptores no porta-malas dianteiro e traseiro, tendo a mesma função.

FUNCIONAMENTO DO MQTT:
1 - Comando para acionar o alarme. Ele desliga a chave geral e inicia o monitoramento das portas. Nenhum outro comando é aceito até que seja recebido o comando para desativar o alarme.
2 - Veículo roubado. Se o carro estiver acima de 20km/h (informação obtida pelo SIM808, por enquanto), dispara o alarme e entra no loop: desliga o pós-chave por 3 segundos, liga o pós-chave por 2 segundos, obrigando o carro a desacelerar. Abaixo de 20KM/h dispara o alarme e desliga todo o resto, incuindo a chave geral.
3 - O aplicativo publica os comandos em /variant/lanterna (exemplo) e lê em /variant/lanternaest, já o ESP32 publica em /variant/lanternaest e lê em /variant/lanterna. Assim o estado dos botões do aplicativo só muda quando receber a confirmação do ESP32. Isso vale para qualquer comando enviado.


FUTURAS IMPLEMENTAÇÕES:
Adicionar um leitor RFID (em andamento). Se eu parar num estacionamento, não preciso cadastrar a digital do manobrista. A sequência de partida será a mesma da impressão digital.
Coletar latitude, longitude e velocidade através do GPS e enviar para alguma API que me permita monitorar o movimento do carro. Infelizmente só encontrei APIs pagas, que para apenas um usuário acaba não compensando. Se algum conhecer alguma gratuita, agradeço a indicação!


Desculpe a mensagem longa, mas quis dar o maior número de detalhes possíveis, já que estou precisando de ajuda.

Muito obrigado.

Muito legal seu projeto. 

Percebi que a parte de software você domina total.

A sua dificuldade com o optoacopladores posso auxiliar, só que no momento estou viajando e só conto com um pequeno celular.

Volto pra casa na sexta feira, dai dou minhas sugestões.

RV mineirin

Boa tarde,

Minha sugestão para aprender a usar relés; Recomendo o uso de relés de 12V no seu caso. 

Módulos para Arduino - Vídeo 04 - Módulo Relé

Boa tarde, José!
Desculpe a demora em responder, o trabalho está consumindo bastante do meu tempo.
Como eu disse na postagem original, atualmente eu estou usando relés, e minha ideia de migrar para optoacopladores visa a redução do espaço do projeto.

De qualquer forma, obrigado por participar da conversa, é sempre importante. Valeu!

Boa tarde NPR,

vamos por partes, primeiro os optoacopladores.:

 Você tem entradas de 0 a 12V .

Existem opto acopladores individuais ou chip com vários opto acopladores.

Usar chip com vários não trás nenhuns vantagem, visto que um chip com 4 opto acopladores ocupa

fisicamente o mesmo espaço que 4 opto acopladores simples.

E se der defeito em um opto acoplador você precisa trocar o chip inteiro.

https://www.futurlec.com/Datasheet/LED/TLP521.pdf

Um opto acoplador pequeno e muito usado é o PC817.  https://www.farnell.com/datasheets/73758.pdf

outro muito usado é o 4N25.

O LED do PC817 (que vai receber a voltagem de entrada )  funciona corrente de +- 20 mA.

Ou seja, se você for ligar uma voltagem de 0 - 12V nele, deverá usar em série com o s pinos 1 e 2 um resistor de 

=~ 600 Omhs.

Algo assim:

Mas para que seja totalmente isolado o GND da entrada tem que ser diferente do GND do arduino.

Depois falamos sobre os controle dos reles.

Que tal postar aqui o esquema elétrico da sua Variante.

Você sabe qual a corrente das bobinas dos reles que quer automatizar?

RV mineirin

Boa tarde, RV.

Estou tentando encontrar na internet as especificações dos componentes da Variant, mas como se trata de um carro com mais de 48 anos, fica difícil encontrar material digitalizado. Se eu não conseguir encontrar nada, talvez eu use os módulos relés mesmo e tente encontrar uma forma de encaixar tudo no carro.

Quando ao PC817, fiquei com uma dúvida: A tensão do carro é variável. Pode oscilar de 11V a 15V. O PC817 vai conseguir lidar com essa variação? A corrente também vai oscilar conforme a carga da bateria. O resistor que você colocou no esquema será suficiente?

Muito obrigado pela ajuda.

Boa noite NPR,

vamos considerar 2 "status" para a saída do PC817, HIGH e LOW.

No datasheet dele tem um gráfico que indica a saturação de transistor de saída com uma corrente

de entrada variando a partir de 2 mA para uma corrente de coletor de 1 mA.

 Ok então vamos mudar os valores dos resistores.

Na entrada, uma voltagem de 10V a 15V, vamos produzir correntes de 3 mA até 4,5 mA, 

com um resistor de 3300 Ohms. (3K3).

No esquema anterior eu usei a voltagem de 5V, mas como você vai usar o ESP32, o correto é usar 3,3 V.

Então, considerando uma corrente de saída de 1 mA,  na voltagem de 3,3 V, teremos de Vce 0,5V.

3,3V - 0,5V = 2,8V, com um resistor de 2700 Ohms (2K7), teremos uma corrente de coletor de =~1 mA.

Com valores abaixo de uns 6V a saída será HIGH e com valores acima disto será LOW.

Como você já tem reles no carro, para aciona-los, você não precisa de outros reles, pode usar transistores para aciona-los.

Mas para isto precisa descobrir qual a corrente das bobinas destes reles.

Se for possível, mande fotos dos reles da variante que você quer acionar com o ESP32.

RV mineirin

PS, encontrei este esquema da "família VW" ,será que é válido para a variante 1973?

RV  mineirin

Boa tarde, RV.

Como eu disse na primeira mensagem, sou bem leigo em eletrônica, então deixa eu ver se entendi as instruções...
O esquema se mantém o mesmo, porém eu substituo o resistor de 600 por um de 3k3 e o de 10k pelo de 2k7. É isso?

Quanto a imagem que mandou do esquema elétrico, é basicamente isso. Esses carros não evoluíram muito ao longo do tempo. Sei que muda a caixa de fusíveis, algumas mudanças no painel (nos anos 80), mas o restante da elétrica é basicamente a mesma, então imagino que sirva sim.

Pesquisei um pouco mais e consegui algumas coisas que talvez possam ser úteis:

Esse é o esquema do relé dos faróis:

Esse é o esquema do relé do pisca. Alguns modelos usam um relé de três pinos, onde o 49a vai tanto para as lâmpadas quanto para a luz piloto do painel.

Abaixo está o esquema da chave de seta, relé de seta, comutador dos faróis e relé dos faróis. Neste caso, o relé do pisca é o de três pinos, que citei acima:

Abaixo está o relé que pretendo utilizar como chave geral:

No esquema que você enviou, o relé acima vai controlar o cabo destacado em vermelho:

Obrigado mais uma vez pela ajuda!

Cara, tenho um amigo que está fazendo o TCC dele, parecido com o seu projeto. Mas ao invés de usar relé, ele está usando comunicação com Rede CAN que os carros possui. Por meio dessa rede, ele só usa uma esp32 ou outro micro controlador para controlar os sensores que o carro possui.    

Boa tarde, Vinícius.

Não sei se você reparou na minha postagem original, mas o meu projeto será aplicado numa VW Variant 1973, ou seja, por ser um vovôzinho o carro não possui sensor nenhum. :-)

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