Saber eletrônica 461, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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2012 Maio/Junho I SABER ELETRÔNICA 461 I 5

editorial

Editora S aber L tda.

Diretor Hélio Fittipaldi Associada da: Associação Nacional das Editoras de Publicações Técnicas, Dirigidas e Especializadas Atendimento ao Leitor: [email protected] Os artigos assinados são de exclusiva responsabilidade de seus autores. É vedada a reprodução total ou parcial dos textos e ilustrações desta Revista, bem como a industrialização e/ou comercialização dos aparelhos ou idéias oriundas dos textos mencionados, sob pena de sanções legais. As consultas técnicas referentes aos artigos da Revista deverão ser feitas exclu- sivamente por cartas, ou e-mail (A/C do Departamento Técnico). São tomados todos os cuidados razoáveis na preparação do conteúdo desta Revista, mas não assumimos a responsabilidade legal por eventuais erros, principalmente nas montagens, pois tratam-se de projetos experimentais. Tampouco assumimos a responsabilidade por danos resultantes de imperícia do montador. Caso haja enganos em texto ou desenho, será publicada errata na primeira oportunidade. Preços e dados publicados em anúncios são por nós aceitos de boa fé, como corretos na data do fechamento da edição. Não assumimos a responsabilidade por alterações nos preços e na disponibilidade dos produtos ocorridas após o fechamento. Editor e Diretor Responsável Hélio Fittipaldi Conselho Editorial João Antonio Zuffo Redação Augusto Heiss Revisão Técnica Eutíquio Lopez Designers Carlos C. Tartaglioni, Diego M. Gomes Publicidade Caroline Ferreira, Nikole Barros Colaboradores Alexandre Capelli, Bruno Venâncio, César Cassiolato, Dante J. S. Conti, Edriano C. de Araújo, Eutíquio Lopez, Tsunehiro Yamabe www.sabereletronica.com.br Saber Eletrônica é uma publicação bimestral da Editora Saber Ltda, ISSN 0101-6717. Redação, administração, publicidade e correspondência: Rua Jacinto José de Araújo, 315, Tatuapé, CEP 03087-020, São Paulo, SP, tel./fax (11) 2095-

PARA ANUNCIAR: (11) 2095- [email protected] Capa Arquivo Editora Saber Impressão Parma Gráfica e Editora Distribuição Brasil: DINAP Portugal: Logista Portugal tel.: 121-9267 800 ASSINATURAS www.sabereletronica.com.br fone: (11) 2095-5335 / fax: (11) 2098- atendimento das 8:30 às 17:30h Edições anteriores (mediante disponibilidade de estoque), solicite pelo site ou pelo tel. 2095-5330, ao preço da última edição em banca. twitter.com/editora_saber Submissões de Artigos Artigos de nossos leitores, parceiros e especialistas do setor serão bem-vindos em nossa revista. Vamos analisar cada apresentação e determinar a sua aptidão para a publicação na Revista Saber Eletrônica. Iremos trabalhar com afinco em cada etapa do processo de submissão para assegurar um fluxo de trabalho flexível e a melhor apresentação dos artigos aceitos em versão impressa e online.

Digital Freemium Edition

Nesta edição comemoramos o fantástico número

de 258.395 downloads da edição 460 digital em

PDF que tivemos nos primeiros 50 dias de circu-

lação. Assim, esperamos atingir meio milhão em

seis meses. Na fase de teste, no ano passado, com

a Edição Digital Gratuita que chamamos de “Digital

Freemium (Free + Premium) Edition”, já atingimos

este marco e até ultrapassamos.

Fica aqui nosso agradecimento a todos os que

seguiram nosso apelo, para somente fazerem

download das nossas edições através do link do Portal Saber Eletrônica,

pois precisamos comprovar ao meio anunciante estes números e, assim,

obtermos patrocínio para manter a edição digital gratuita.

Aproveitamos também para avisar aos nossos leitores de Portugal,

cerca de 6.000 pessoas, que infelizmente os custos para enviarmos as

revistas impressas em papel têm sido altos e, por solicitação do nosso

distribuidor, não enviaremos mais os exemplares impressos em papel

para distribuição no mercado português e ex-colônias na África.

Em junho teremos a edição especial deste semestre e o assunto prin-

cipal é a eletrônica embutida (embedded electronic), ou como dizem os

espanhóis e portugueses: electrónica embebida. Como marco teremos

também no Centro de Exposições Transamérica em São Paulo, a 2ª edição

da ESC Brazil 2012 e a 1ª MD&M, o maior evento de tecnologia para o

mercado de design eletrônico que, neste ano, estará sendo promovido

pela UBM junto com o primeiro evento para o setor médico/odontoló-

gico (a MD&M Brazil).

Esta última aproveita o momento de um mercado de produtos médicos

e odontológicos crescente, pois, além de fabricar 90% de seus próprios

dispositivos médicos, o Brasil se tornou agora um exportador em destaque.

A Saber Eletrônica é a mídia oficial da ESC Brazil e estará apresentan-

do o protótipo do primeiro e-kart, projeto publicado no ano passado a

partir da edição n°452, onde mostramos a solução da Infineon para um

veículo elétrico movido a bateria e que possui controle eletrônico de

tração e KERS, como os carros que já estão rodando em muitos países

e também na Fórmula 1.

Não deixem de visitar nosso estande, lá estaremos distribuindo exem-

plares gratuitos da atual edição de Saber Eletrônica.

Hélio Fittipaldi

acontece

2012 Maio/Junho I SABER ELETRÔNICA 461 I 7 Com base na tecnologia PRT desenvolvida pelo Pepperl+Fuchs, foi produzido um novo scanner a laser. A ótica de medição do R2000 baseia-se na tecnologia de espe- lhagem, em oposição à habitual tecnologia de lentes. O módulo de medição não é fixo, mas roda em torno do seu próprio eixo. Isto significa que o mecanismo de espelhagem convencional para a deflexão de feixe pode ser dispensado. O resultado é um aumento significativo do espaço disponível, assim como a formação de pontos luminosos idênticos em todo o ângulo de medição. A geometria de pon- tos luminosos é pensada de forma que o diâmetro não exceda alguns milímetros, mesmo no caso de longas distâncias. Esta característica é particularmente impor- tante para a detecção da posição exata de sistemas de transporte sem condutor. Um laser vermelho visível simplifica a colo- cação em funcionamento porque o usuá- rio vê imediatamente para onde o sensor está apontando e pode simplesmente alinhar o dispositivo em conformidade. Laser de classe 1 significa que o disposi- tivo pode ser usado em toda a escala de trabalho sem constituir risco para a saúde pessoal. O ponto luminoso tem um diâmetro in- ferior a 20 mm numa escala de medição de até 10 m. Esta característica é particu- larmente importante para a detecção de pequenos objetos. Consequentemente, a detecção precisa de posições e perfis de margem não constitui qualquer problema. O ângulo de medição de 360°, a elevada velocidade de amostras até 250 000 medições individuais por segundo, assim como a frequência de digitalização de até 50 Hz significam que o dispositivo é particularmente adequado para apli- cações em alta velocidade. É usada uma interface Ethernet para a emissão deste grande volume de dados. A comutação de saídas está disponível para informa- ção exclusivamente binária. Um outro ponto forte é o display grande, que se encontra integrado na superfície de saída de luz. Isto permite que o dis- positivo seja colocado em funcionamen- to de forma simples e sem quaisquer componentes adicionais. Tudo o que é necessário para o alinhamento básico e configuração de rede são os dois botões no dispositivo. Além disso, podem ser criadas mensagens de estado e pode ser exibida informação específica de aplicações, como distâncias, perfis de medições etc. PRT entra numa nova dimensão Novo scanner a laser R A AS-Interface é o conceito de inter- face mais utilizado do mundo, que possui uma automação simplificada de tecnologia de conexão rápida atra- vés de cabos planos. A integração da segurança no AS-i era mais um passo decisivo para uma solução completa, que estabeleceu novos padrões em termos de simplicidade, vista geral clara e uma boa relação custo- eficiên- cia. Enquanto outras soluções exigem hardware, a Segurança AS-i impressio- na com o seu software caracterizado por comunicação fidedigna e lógica inteligente. Em tecnologia de instalação, é comum ligar-se E/S digitais por meio de distri- buidores ou módulos com várias por- tas E/S. Relativamente às soluções de segurança, as conexões paralelas ou os sistemas paralelos supérfluos ainda são bastante predominantes, tornando-se desnecessários com a Segurança AS-i. Enquanto os componentes de segu- rança precisam de ser implementados em PLe de uma forma descentralizada, A solução da PEPPERL+FUCHS para uma instalação segura de condutos de cabos a interface AS-i pode ser integrada no aparelho final ou utilizado um módulo AS-i completo de dois canais. Consequentemente, são necessários diversos aparelhos AS-i integrados ou um espaço suficiente para a instalação dos módulos. A Pepperl+Fuchs apresenta o menor módulo de segurança G10 do mundo, incluindo proteção IP68/69k. Qualquer interruptor de segurança com contatos secos pode ser ligado a este módulo. É possível fazer a instalação direta dentro do conduto de cabos. A única coisa visível do exterior é a saída do cabo redondo para o aparelho final. A caixa de uma só peça permite não só alimentar os cabos planos através de pinos dourados e redondos, como ainda mantê-los firmemente fixos recorrendo a um único parafuso. O módulo G10 é tão pequeno e leve que não precisa de parafusos de montagem. É excepcionalmente simples, e o seu reduzido tamanho e peso asseguram nível de funcionalidade extra.

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8 I SABER ELETRÔNICA 461 I Maio/Junho 2012 A ESC é um evento de tecnologia embar- cada com mais de 24 anos de existência e presença nos Estados Unidos e Índia, chegando ao segundo ano no Brasil. Esse evento mostrará a velocidade com que cresce o mercado de sistemas inteligen- tes no mundo. O evento, realizado pela UBM Brazil, fará sua segunda edição comemorando o sucesso da estreia, que, no ano passado, contou com mais de 1.400 visitantes e a presença de grandes empresas como Motorola, Mercedes-Benz, Embraer, Embratel, LG Electronics, Ericsson, Itaú, Bradesco e Caixa Econômica Federal. Para este ano, a ESC Brazil, que ocor- rerá entre os dias 26 e 27 de junho, no Transamérica Expo Center(Av. Dr. Mário Villas Boas Rodrigues, 387 Santo Amaro - São Paulo - SP), em São Paulo, pretende alcançar a marca de 3 mil visitantes. Já estão confirmados como expositores empresas como Advantech, Agilent, AMD, ARM, Artimar, Microchip, Atmel, Ceitec, Compusoftware, Farnell Newark, Fluke, Tektronix, Freescale Semiconductors, Fujitsu Semiconductor America, Grupo ITech, IAR Systems, In- foTech, Intel, Intrepid Control Systems, JTAG Technologies, Klocwork, Kontron, LDRA, Technology, Mosaico, National Instruments, NXP Semiconductors, O.S Systems, Renesas, SmartCore, ST Microelectronics, Texas Instruments, Wind River. Assim como no ano passado, repre- sentantes dos mercados de eletroele- trônicos, automação industrial, auto- mobilística, TI, distribuição e logística, telecomunicações, tecnologia médica, aeroespacial, segurança, digital signage (sinalização digital) e eletrodomésticos estarão presentes no evento. Na pri- meira edição da conferência no Brasil, uma pesquisa realizada apontou que 80% dos visitantes são responsáveis pela decisão e escolha dos investimentos das empresas. Faça o seu credenciamento gratuito para o ESC Brazil no link: http://migre. me/9dPRB Embedded Systems Conference 2012: A Conferência Internacional de Sistemas Embarcados Palestras 26 de Junho de 2012 Room I 14 h às 15h 30 Metering using ultra-low power MCUs: Calibration, accuracy and smart grid metering systems - Jeniffer Barry (Texas Instruments) Room II 11h 30 às 13 h Using RTOS in Applications with High Interrupt Rates - Nick Lethaby (Texas Instruments) 14 h às 15h 30 ARMv1 to ARMv8 - An overview of the ARM architecture - Chris Shore (ARM) 16 h às 17h 30 Which is the right ARM for you? - Ronan Synott (ARM) Room III 11h às 13 h Primeiros Passos para Embarcar Linux em Sistemas baseados em Proces sadores - Wagner Augusto (TECHtraininG Engenharia) - 14 h às 15h 30 Primeiros Passos para Embarcar Linux em Sistemas baseados em Proces sadores ARM - Fábio Estevam (TECHtraininG Engenharia) - 16 h às 17h 30 Estratégias para roteamento de placas de circuito impresso - Edson Camilo (Whirlpool) 27 de Junho de 2012 Room I 11h 30 às 13 h Aplicações de RF para Sistemas Embarcados - Alessandro Ferreira (TE CHtraininG Engenharia) - 14 h às 15h 30 Ferramenta para análise de sinais no domínio do tempo e frequência - Rodrigo Pereira (Tektronix) 16 h às 17h 30 Desenvolvendo com o FreeRTOS - Sérgio Prado (Embedded Labworks) Room II 11h 30 às 13 h Getting Started with a Real-time Kernel - Matt Gordon (Micrium) 14 h às 15h 30 Efficient C Code for ARM Devices - Chris Shore (ARM) 16 h às 17h 30 Power Efficiency of FRAM Based Wireless Sensor Networks - Rafael Mena (Texas Instruments) Room III 11h 30 às 13 h Reconhecimento de gestos em sistemas embarcados - André Silva (Freescale Semiconductors) 14 h às 15h 30 Controle de motores BLDC: Alta eficiência com baixo custo - Bruno Castelucci (Freescale) 16 h às 17h 30 Ferramentas de depuração para Android - Daiane Angolim (Freescale)

acontece

10 I SABER ELETRÔNICA 461 I Maio/Junho 2012 O módulo GPS EB-5662RE apresenta características de alta sensibilidade, baixa potência e tamanho reduzido. Ele é alimentado pelo SiRF Star IV, fornecendo ao usuário desempenho e sensibilidade superiores mesmo em ambientes difíceis como desfiladeiros urbanos ou densas florestas. Graças à tecnologia SiRF CGEE (Client Generated Extended Ephemeris), o módulo antecipa posições de satélite em até 3 dias e proporciona uma ini- cialização do CGEE de menos de 15 segundos na maioria das condições, sem qualquer assistência de rede. Além disso, o Modo Micro Power permite ao módulo GPS ficar numa condição hot-start quase continuamente e com um consumo muito baixo de energia. O EB-5662RE é apropriado para as se- guintes aplicações:

• Navegação automotiva;
• Posicionamento pessoal;
• Gestão de frota;
• Navegação de telefonia celular;
• Navegação marinha; Características do Produto:
• Chipset GPS SiRF Star IV de alto desempenho;
• Muito Alta sensibilidade (Tracking Sensitivity: -163 dBm);
• TTFF extremamente rápida (Time To First Fix) com nível de sinal baixo;
• Interface de Suporte UART/I2C (padrão UART);
• Built-in LNA ( dentro do CHIP);
• Tamanho compacto (22,4 mm x 17 mm x 3,0 mm);
• Fácil de montar em outra placa PCB;
• Suporte NMEA 0183 V3.0 (GGA, GSA, GSV, RMC,VTG, GLL, ZDA);
• Protocolo de Suporte OSP;
• Suporte MEMS: Magnetômetro de 3 eixos;
• MicroPower Mode (MPM):Redução da corrente de consumo MPM de < 500 mA a <125 mA;
• Suporte SBAS (WASS, EGNOS, MSAS, GAGAN);
• Antena ativa de detecção. Módulo GPS da CIKA A Telit Wireless Solutions, anunciou a sua linha xE910 de módulos wireless com uma simples e única forma de fator que é intercambiável com qualquer rede celular, possibilitando uma cobertura mundial para aplicações e aparelhos eletrônicos M2M. Baseado em um fator de forma LGA (Land- -Grid-Array) , com uma área de apenas 795 mm2 e um tamanho total de 28, x 28,2 x 2,2 mm, o design uniforme da linha xE910 dá aos consumidores a pos- sibilidade de escolher entre tecnologias móveis globais ou regionais, dependendo da localização e requerimento de uma aplicação específica para otimizar o envio de dados e custos com módulos. Além de suportar tecnologias móveis GSM/GPRS, UMTS/HSPA+ e CDMA/ EV-DO, a família xE910 também permite que as aplicações sejam facilmente atuali- zadas (por exemplo de uma rede 2G para uma 3.5G) e ao mesmo tempo mantém o design central de uma aplicação ou aparelho por todo o seu ciclo de vida “Com uma forma de fator compacta, nossa família de módulos xE910 permite que desenvolvedores e fabricantes de aparelhos M2M customizem facilmente suas aplicações, aproveitando-se assim do baixo custo dos espectros de bandas regionais”, disse Dominikus Hierl, diretor de marketing da Telit Wireless Solutions. “Além disso, os produtos de nossos clientes nunca vão sair de linha, uma vez que o módulo permite integração simples e atualizações. O HE910, primeiro módulo anunciado pela Telit com a forma de fator LGA, foi redesenhado para incluir mais nove variantes globais e regionais, incluindo:
• Três variantes HSPA+ 5.76/21. penta-banda (800/ 850/ 900/ AWS/ 1900/ 2100 MHz) de alta produtivi- dade para o mercado global;
• Três locais, HSPA+ 5.76/7.2 com variantes tri-banda (850/ 900/ 2100 MHz) para os mercados Europeu, Asiático e América Latina;
• Três locais, HSPA+ 5.76/7.2 com va- riantes tri-banda (850/ 1900/ AWS) para o mercado Norte- Americano. Módulos wireless ubíquos para plataformas móveis da Telit Projetado para computação móvel, te- lemática automotiva, PDAs, e-readers, Tablets e aparelhos móveis, o novo HE910 também permite que os clientes selecionem funcionalidades específicas como dados; dados e voz; dados/GPS; voz/GPS; ou dados/voz/GPS. Adicional- mente, o módulo permite cobertura 2G com quadri-banda GPRS e EDGE classe 33, assim como opções de diversidade Rx, tornando este o módulo com mais funcionalidades da sua categoria. “Como o HE910 tem umas das maiores velocidades de upload disponíveis no mercado, nós escolhemos esse módulo para a nossa popular câmera de segu- rança EyeSee” disse Jiri Molou, CEO da JABLOCOM. “Nós também gostamos da variedade de redes do módulo, que irá provavelmente incorporar isso em outros produtos da nossa empresa no futuro próximo”. A JABLOCOM, empresa situada na Repú- blica Tcheca, é uma provedora produtos na área de segurança para mais de 20 países.A câmera EyeSee é um simples e in- teligente aparelho que já protege milhares de casas e escritórios em toda a Europa. Um novo membro da linha xE910 é o Telit GE910 módulo quad-band (GSM/ GPRS: 850/ 900/ 1800/ 1900 MHz) projetado para aplicações M2M 2G para rastrea- mento de mercadorias, monitoramento industrial remoto, automated utility meter reading, entre outros. Um DE910 EV-DO atualizado e um novo módulo CE 1xRTT que servirá os mercados CDMA serão lançados no Q3 2012, completando a linha com fator de forma xE910 da Telit.

acontece

2012 Maio/Junho I SABER ELETRÔNICA 461 I 11 Oferecendo para a indústria soluções no ponto de vista de potência, sem comprometer o desempenho ou a facilidade de uso, a Texas Instruments lançou três novos DSPs baseados na sua arquitetura multinúcleo KeyStone, utilizando a geração TMS320C66x de processadores. Os processadores TMS320C6654, TMS320C6655 e TMS320C6657, aten- dem de forma eficaz as aplicações portáteis em mercados como os de aplicações críticas para a missão, auto- mação industrial, testadores, visão inte- grada, imagiologia, vigilância por vídeo, aplicações médicas e infraestrutura de áudio e vídeo. Para mais informações, acesse www.ti.com/multicore. Com seu baixo consumo de energia e o pequeno tamanho de 21mm x 21mm permitem portabilidade, mobilidade e o uso de fontes de energia de baixa potência, como baterias e energia via interface. Nos processadores, um conjunto oti- mizado de periféricos incluindo Porta Universal Paralela (UPP) e Portas Se- riais Multicanais Reforçadas (McBSO), reduzem o custo e o tamanho do sis- tema, e também simplificam a migração a partir de projetos anteriores com um mínimo redesenho de placa. As características dos DSPs C665x atendem às necessidades de aplicações como vídeo de segurança e gerencia- mento de tráfego, onde há necessidade de realizar processamento de vídeo e análise de dados na ponta final. Além disso, uma ampla gama de aplicações em tempo real como radares on- -board, rádios definidos por software, processamento de vídeo e imagens e ultrassom portátil agora serão meno- res, mais leves e mais fáceis de usar. “Por meio da combinação de baixa potência e capacidade de ponto fixo e flutuante, estamos melhor equipados para atender às exigências do setor”, disse Weidong Chen, CEO da Suzhou Keda Technology Co. Ltd., um fornece- dor de produtos e soluções de vídeo e vigilância na China.“Esta combinação Os novos Digital Signal Processors da Texas Instruments oferece vital flexibilidade de projeto e um prazo para o mais rápido lança- mento sem adicionar custo significativo de desenvolvimento. Estamos ansiosos para trabalhar ao lado da Texas Instru- ments para entregar soluções de alto desempenho e baixa potência, e com boa relação entre custo e eficiência aos nossos clientes.” Com preços a partir de US$ 30 (FOB) para 10 KU, os processadores C665x consistem de três soluções de potên- cia otimizada e com compatibilidade de pinos para desenvolvedores que estão migrando do núcleo único para multinúcleo. O C6657 tem dois núcleos DSP de 1,25-GHz, oferecendo até 80 GMACs e 40 GFLOPs, enquanto as soluções C6655 e C6654 entregam até 40 GMACs e 20 GLOPS e 27,2 GMACs e 13,6 GLOPS, respectivamente. Sob condições normais de operação, os números de potência do C6657, do C6655 e do C6654 são 3,5W, 2,5W e 2W, respectivamente. Os processadores também têm uma memória integrada ao chip, com um controlador de memória externo de grande largura de banda. “Esta nova adição à plataforma KeyStone oferece uma solução muito atraente que combina processamento de sinais de baixa potência e alto desempenho em um encapsulamento muito com- pacto”, disse Will Strauss, presidente e analista principal da Forward Concepts. “Esta é uma poderosa combinação que permitirá portabilidade com bateria de longa vida (ou alimentação na rede elétrica) em aplicações avançadas de imagiologia, sensibilidade e análise de dados, onde atributos como estes são fundamentais.” Os DSPs suportam faixas de temperatu- ra entre -55ºC e 100ºC para aplicações que precisam trabalhar sob condições físicas extremas, ou oferecer vida ope- racional sustentada.

Softwares

A TI oferece módulos de avaliação (EVMs) para que os desenvolvedo- res possam rapidamente começar a projetar com o C6654, o C6655 e o C6657. O TMDSEVM6657 é vendido por US$ 349 e o TMDSEVM6657LE por US$ 549. Ambos os EVMs incluem um Kit para Desenvolvedores de Sof- tware Multinúcleo (MCSDK); o Code Composer Studio™ (CCS), o ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) da Texas Instruments; e uma série de códigos de aplicações/demo para permitir aos programadores embarcar rapidamente na nova plataforma. Além disso, o TMDSEVM6657L inclui um emulador integrado XDS100 enquanto o TMDSEVM6657LE inclui um emula- dor mais rápido, o XDS560V2, para carregamento mais fácil de programas e facilidade de uso. Ademais, os DSPs C665x são compatí- veis do ponto de vista de código com a geração TMS320C64x e todos os processadores multinúcleo baseados em KeyStone, garantindo os investi- mentos anteriores feitos em DSPs pela empresa, que podem ser facilmente reutilizados. Os três novos DSPs.

acontece

2012 Maio/Junho I SABER ELETRÔNICA 461 I 13 A SMS Tecnologia Eletrônica ( www. sms.com.br ) – fabricante de equi- pamentos para proteção de energia

• oferece a seus consumidores o no- break senoidal inteligente Power Sinus II, disponível nas potências de 2400VA e 3200VA. Esta linha foi especialmente desen- volvida para proteger equipamentos que necessitam de uma energia bem condicionada obtida através de onda senoidal pura, como por exemplo, ser- vidores, computadores que possuam fontes com PFC ativo ou projetores, além de equipamentos de informática e eletroeletrônicos convencionais. Entre as características do produto, vale destacar as saídas USB e RS-232 para gerenciamento de energia. O softwa- re de gerenciamento de energia SMS Power View possibilita monitorar o funcionamento do nobreak, local ou Power Sinus II oferece energia segura aos equipamentos eletrônicos remotamente. Com o auxílio dos servi- ços disponibilizados no site Alerta24h, é possível garantir o funcionamento do equipamento de maneira inteligente. O Power Sinus II é encontrado em duas versões - entrada bivolt automática com saída 115V~ (2400 VA e 3200VA) e monovolt 220V~ (3200VA). O tempo de autonomia, que é de 2h30 para uma estação de trabalho contendo um PC onboard, um monitor LCD 17” e uma impressora jato de tinta, pode chegar até 8h30 quando conectado ao módulo de bateria externa (acessório opcional). O nobreak que conta com filtro de linha e estabilizador internos com 4 estágios de regulação, oferece ainda sete níveis de proteções – contra curto-circuito no inversor, descarga total das baterias, potência excedida, surtos de tensão, subtensão, sobretensão, sobreaqueci- mento no inversor e no transformador, além de descargas elétricas na linha telefônica, prevenindo contra a queima de modem, multifuncionais e fax. “Os usuários precisam ficar atentos e se conscientizar da necessidade de proteção dos seus equipamentos, se- jam de áudio, vídeo ou de informática”, comenta Auster Nascimento, Diretor Geral da SMS. “A relação custo- -benefício de proteger equipamentos sensíveis contra surtos ou interrupção do fornecimento de energia é bastante vantajosa tanto para ambientes domés- ticos, quanto para ambientes hospitala- res, corporativos, ou industriais, onde é necessária a proteção da infraestrutura, do investimento”, finaliza o executivo. Os novos equipamentos da linha Power Sinus II têm preços sugeridos a partir de R$ 2.350,00 (valor sugerido pelo fa- bricante para usuários finais do Estado de São Paulo).

14 I SABER ELETRÔNICA 461 I Maio/Junho 2012 Eletrônica Aplicada Industrial

D

iante de um universo tão grande de sensores e transdutores, por que escolhemos escrever sobre LVDTs, strain gauges , e sensores capacitivos? A criação deles não é nenhuma novi- dade, então cada respectiva aplicação faz parte da tendência dos processos fabris que envolvem automação industrial: a manutenção preditiva. Mas o que é manutenção preditiva, e qual a sua utilidade no mercado globali- zado? A manutenção preditiva é a técnica de prever uma falha em uma máquina ou sistema antes dela realmente ocorrer. Uma espécie de “bola de cristal” da era da informação. Seu papel é o mais nobre de todo o sistema de automação, ou seja, atribuir confiabilidade aos equipamentos, impedindo a quebra da produção e, con- sequentemente, tornando o produto final mais competitivo.

E isso é possível?

Não somente é, como já temos um imenso parque industrial que opera se- gundo essa filosofia: montadoras, usinas, indústrias gráficas, têxteis, alimentícias etc. Aliás, para o profissional que trabalha com automação (principalmente indus- trial), o conhecimento da manutenção pre- ditiva é vital para a sua empregabilidade, enquanto que para as empresas, ele pode ser a diferença entre a sobrevivência (ou não) no mercado. Nem tudo, entretanto, é possível de ser previsto, mas os principais pontos de uma máquina já podem ser monitorados quanto a sua vida útil. Se não podemos avaliar a “saúde” de uma placa-mãe e quanto tempo ela funcionará bem, podemos, por exemplo, “sensoriar” partes mecânicas da máquina

Transdutores

na manutenção preditiva

Transformadores lineares va-

riáveis, “strain gauges”, e sensores

capacitivos. Conheça a filosofia de

funcionamento, e a importância

destes dispositivos na manutenção

preditiva.

Alexandre Capelli e, através de softwares específicos, estimar sua vida útil.

Caso prático

A figura 1 mostra um rolamento, que poderia ser crítico para uma máquina (eixo-árvore de um torno CNC, por exem- plo), sendo monitorado por dois sensores: um de temperatura, e outro de vibração mecânica. O sinais provenientes destes sensores são tratados (etapa onde todas as inter- ferências são retiradas), amplificados, e convertidos em dados digitais. Então, são enviados à CPU que, como já foi dito, atra- vés de softwares dedicados à manutenção preditiva, processa a informação em modo on-line (todo o tempo). Uma vez detectada uma situação que ultrapassa o limite da normalidade (no nosso exemplo: temperatura e vibração mecânica acima das especificações do fabricante), a máquina ou sistema indica na sua IHM (Interface Homem-Máquina) a ocorrência. Ora, até o momento, o dispositivo monitorado ainda não quebrou, apenas está apresentando os primeiros sinais de desgaste. O software “projeta” (estima) qual será o tempo de vida útil do rola- mento nestas condições, possibilitando a programação de sua substituição antes da sua quebra fatídica ocorrer. Notem que assim como a manutenção preventiva, a preditiva procura evitar a corretiva (quando a máquina já quebrou), porém, com uma diferença muito grande: sua assertividade. Na manutenção preventiva, além do procedimento de limpeza, ajustes, lubri- ficação etc., algumas peças são trocadas ainda que em perfeito estado de funcio- namento. Essa troca ocorre segundo a es-

16 I SABER ELETRÔNICA 461 I Maio/Junho 2012 Eletrônica Aplicada Industrial transformador de corrente, ele não pode ser considerado transdutor, pois trabalha- mos apenas com uma forma de energia: a elétrica. Neste caso, uma sobrecorrente (energia elétrica) é convertida em uma tensão (energia elétrica) de controle; não houve, então, conversão de energia.

Transdutor e

Domínio da Energia

Podemos classificar os transdutores em várias famílias e categorias. As duas mais abrangentes são: diretos (também conhecidos como geradores), e indiretos (também conhecidos como moduladores). Os diretos não requerem mais nenhuma fonte de energia além do sinal, por exemplo: células fotoelétricas, termopares etc. Os indiretos necessitam de uma fonte externa de energia que, geralmente, é “modulada” pelo sinal, por exemplo: dis- positivos de efeito Hall, strain gauges etc. A figura 2 apresenta um diagrama tridimensional de energia dos transduto- res. Podemos notar as diferentes posições nos domínios de um transdutor direto (termopar), e um indireto (dispositivo de efeito Hall). As duas famílias de transdutores ci- tadas ainda podem ser divididas em três subfamílias: por função, por desempenho, e pela sua saída. Na classificação por funções podemos encontrar dezenas de opções no mercado. As mais comuns são:

• Deslocamento:
  • Linear;
  • Angular.
• Velocidade:
  • Linear;
  • Angular;
  • Caudal.
• Dimensional:
  • Posição;
  • Comprimento;
  • Área;
  • Espessura;
  • Volume;
  • Rugosidade;
  • Tensão mecânica.
    • Massa:
      • Peso;
      • Carga;
      • Densidade.
    • Força:
      • Absoluta;
      • Relativa;
      • Estática;
      • Pressão dinâmica;
      • Pressão diferencial. Quando falamos em desempenho, os parâmetros em foco são: exatidão, repe- tibilidade, linearidade, gama (range) de atuação etc. Quanto a sua saída temos: analógica, digital, em freqüência, codi- ficada etc.

Strain gauge

“Strain” significa deformação, mais precisamente um corpo sob tração mecâ- nica ou compressão; e “gauge” medidor (ou sensor). Portanto, strain gauge pode ser traduzido como sensor de deformação. A figura 3 exibe a aparência típica desse dispositivo, lembrando, porém, que seu F4. Filosofias de funcionamento dos transdutores capacitivos. F5. Exemplo de um sensor capacitivo por tipo de material.

2012 I Maio/Junho I SABER ELETRÔNICA 461 I 17 tamanho e forma podem variar muito de acordo com a aplicação. Podemos encontrar strain gauges de 500 mm de comprimento, que são utiliza- dos para monitorar dilatação de pontes, edifícios, e grandes construções, até uni- dades menores que 5 mm, e que já foram empregadas para registrar dilatações em dentes humanos. O strain gauge é feito com um material semelhante ao filme fotográfico ( epoxy ), e é colado sobre a superfície a ser analisada. Dessa forma, o eixo extensométrico do sensor dilata-se juntamente com ela. O material resistivo, então, altera seu valor ôhmico linearmente. Através dessa variação de resistência elétrica, o sistema eletrônico é capaz de quantificar a dilatação.

Transdutores capacitivos

Outro componente muito utilizado para detectar pequenos deslocamentos, ou melhor, deformações, é o transdutor (ou sensor) capacitivo. F6. Estrutura básica do LVDT. F7. Posição do núcleo X tensão de saída do LVDT. F8. Estrutura de um LVDT a gás. F9. Exemplo de um LVDT a gás.

2012 I Maio/Junho I SABER ELETRÔNICA 461 I 19 vamente lenta so longo do tempo (tipi- camente, deslocamentos variáveis com frequências de até 1 Hz). Os LVDTs pneumáticos ( air-bearing operation ) são componentes mais precisos e velozes. Geralmente, sua ponta de con- tato é feita de diamante, e eles são capazes de medir deslocamentos da ordem de alguns micrômetros. Através da figura 8 podemos observar como uma câmara de ar (ou gás) funcio- na como um amortecedor, e substitui as molas normais. A aparência deste compo- nente pode ser vista na figura 9.

Aquisição de Sinais

O processo de transdução (e conse- quente aquisição de sinais) ideal deve estabelecer uma relação unívoca e linear entre a grandeza física monitorada e a saída elétrica. A figura 10 mostra a “cadeia” elemen- tar da aquisição de sinais. Notem que, logo após o transdutor/sensor, temos a etapa de tratamento do sinal. Somente, então, o resultado é monitorado, anali- sado e, se for o caso, controlado. Erros decorrentes da passagem do sinal pelos diferentes elementos da cadeia, entretan- to, fazem com que a leitura esteja sempre limitada quanto à precisão. Sua “acurácia” é definida em termos de desvio “d”, com relação a faixa de alcance ou “fundo de escala” da grandeza a ser monitorada. Na figura 11 podemos ver o compor- tamento real dos sistemas de aquisição, quando comparado com a medida real. A imprecisão pode ter a sua origem em quatro diferentes fontes: calibração, desvio do zero, não linearidade e sensi- bilidade cruzada. Calibração Os erros gerados pela falta de cali- bração comportam-se conforme ilustra a figura 12. Notem que há uma correspondência linear entre a resposta esperada e a medi- da, porém, devido ao excesso de ganho, há o desvio de saída. É bom lembrar que, no caso de falta de ganho, a resposta de ganho estaria abaixo da esperada. Desvio do zero O desvio do zero de um transdutor ou sensor é a leitura residual consistente de uma grandeza elétrica diferente de zero, quando o valor referente à grandeza me- cânica é nulo, e que se mantém constante quando esta grandeza deixa de ser nula (figura 13). Sua correção pode ser facilmente realizada pela subtração da constante do desvio em cada medida observada. Erro de linearidade A maioria dos transdutores são capa- zes de acompanhar de forma linear a va- riação de grandezas físicas apenas dentro de uma determinada faixa de operação. Fora dela, porém, esta linearidade é quebrada (figura 14). O único modo de contornar esse pro- blema é utilizar o dispositivo dentro de cada respectiva faixa de operação linear, que deve ser informada através das curvas fornecidas pelos fabricantes. Sensibilidade cruzada O erro dos transdutores por sensibi- lidade cruzada consiste na variação da grandeza elétrica devida à variação de uma grandeza mecânica de natureza dife- rente daquela que está sendo comparada (figura 15). Um transdutor de deformação mecâ- nica, por exemplo, pode registrar variação em sua medida elétrica devido a uma mudança de temperatura. O melhor modo de corrigir a sensibi- lidade cruzada é compensar o fenômeno através de ferramentas de hardware ou software. No caso de hardware, a etapa de tratamento de sinal é a mais comum.

Pontes de Medição e Con-

dicionamento do Sinal

A maioria dos transdutores (em espe- cial: o LVDT, strain gauge, e capacitivos) disponibiliza em suas saídas sinais de pequena amplitude. A técnica mais co- mum de condicionar estes sinais antes das etapas de amplificação e tratamento (eliminação das interferências) é ligá-los em ponte.

Ponte de Wheatstone:

A ponte de Wheatstone é um dos circuitos mais clássicos da eletricidade. Conforme podemos observar pela figura 16 , trata-se apenas de uma malha de resis- tores ligada a uma fonte de alimentação. A saída da fonte (VBD) deve apresen- tar tensão nula (VBD = 0 V) quando: R 1 ⋅R 3 = R 2 ⋅R (^) X

Por quê?

Na verdade, a malha da ponte de Whe- atstone pode ser dividida em duas “sub- malhas” (“se é que esse termo existe!”). A submalha formada pelos pontos A, B, e D; e a submalha pelos pontos B, C, e D. O resultado deve ser o mesmo sob a óptica da análise do circuito, portanto, vamos escolher a submalha: A, B, e D. Pela teoria das malhas temos: Segundo o teorema do divisor resisti- vo da lei de Ohm, temos: V (^) AB + V (^) BD + V (^) AD= 0 ←→V 0 = V (^) AD − V (^) AB −V (^) AD = +V (^) DA V 0 = V (^) AD − V (^) AB = R 1 ⋅R 3 − R 2 ⋅R (^) X (R 1 + R 2 )(R 3 + R (^) X ) ⋅ V Simplificando a expressão acima: R (^) X =

R 1 ⋅R 3

R 2

←→ R 2 ⋅R X = R 1 ⋅R 3

Qual a utilidade prática

deste circuito?

Vamos imaginar que Rx seja um strain gauge. A ponte de Wheatstone converte- rá a variação da sua resistência elétrica (resultante da deformação mecânica) em uma variação de tensão. Como não necessariamente o valor ôhmico do strain gauge na sua situação de repouso (sem deformação) obedece a regra R1. R3 = R2. Rx, fazemos R3 va- riável. Desta forma, é possível ajustar a tensão de saída da ponte para 0 V quando não há deformação. Uma vez que ela ocorra, entretanto, o sinal é amplificado, filtrado, e convertido em sinais digitais. Através desta técnica (figura 17) a saída do sistema está pron- ta para ser analisada pelo software de controle.

20 I SABER ELETRÔNICA 461 I Maio/Junho 2012 Eletrônica Aplicada Industrial Ponte Ressonante Outra ponte muito utilizada é a res- sonante, e é indicada para transdutores capacitivos. Veja a figura 18. R3 é variável pelo mesmo motivo da ponte de Wheatstone, ou seja, para cali- brar o sistema. O circuito LC apresenta uma impedância, funcionando como um resistor. Obviamente, a fonte de alimentação deve ser do tipo alternada, ou contínua chaveada. Para uma dada frequência, teremos: (figura 21) , a fim de entendermos melhor o fenômeno da rejeição do modo comum. Ora, V1 e V2 são os valores da tensão de entrada cuja referência é o terra (“0” volt). A tensão diferencial pode ser ex- pressa por: Quando utilizamos amplificadores operacionais, o ganho de cada circuito é responsável pela amplificação tanto da tensão diferencial ( que é a que realmente interessa, pois corresponde a variação da grandeza física a ser monitorada) quanto da tensão em modo comum (que é um resíduo prejudicial ao processo). Os amplificadores operacionais mo- dernos já possuem circuitos internos capa- zes de rejeitar (não amplificar) a tensão de modo comum, e o parâmetro que define essa capacidade do CI é a taxa de rejeição do modo comum (CMRR). Podemos calculá-la numericamente através da fórmula:

ω^2 ⋅L ⋅C = 1

f =

2 ⋅Π⋅ √L⋅C A figura 19 ilustra o diagrama gené- rico do tratamento do sinal após a fonte. Notem que há necessidade de aplicação de um circuito oscilador (chaveador) para variar a frequência da tensão da fonte. O LVDT, por exemplo, também utili- za uma técnica semelhante, porém, seu circuito oscilador deve funcionar apenas com tensões alternadas (figura 20).

Distúrbios

Vários distúrbios podem interferir no processo de monitoração, controle, e instrumentação nos sinais de baixa amplitude. A interferência é caracterizada pelo efeito aleatório da influência de parâme- tros externos, suas origens (fontes) mais comuns são campos elétricos e magnéticos variáveis no tempo. Os tipos mais comuns de interfe- rência são: Common Mode Rejection Ratio (CMRR) – razão de rejeição em modo comum; “loop” de terra; interferência eletromagnética; e ruído da própria fonte de alimentação. CMRR Quando empregamos um transdutor com saída diferencial, LVDT por exemplo, temos duas tensões disponíveis na entra- da na etapa amplificadora: a comum, e a diferencial. Normalmente, a etapa amplificadora é constituída por uma malha de ampli- ficadores operacionais. De modo geral, vamos apresentá-la apenas por um “Box”

Vd =

V 1 − V 2

Já a comum por:

V c =

V 1 + V 2

F17. Exemplo de tratamento de sinal de um Strain gauge ligado a uma ponte de Wheatstone. F18. Ponte Ressonante. F19. Condicionamento do sinal para ponte ressonante.