64ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

SIMULAÇÃO DE CIRCUITO PARA DESENVOLVIMENTO DE SENSOR DE DESLOCAMENTO ANGULAR

Brenda Vilas Boas 1,2 Orlando Junior Nascimento Ferreira 1,2 Roberto da Silva Salgado 1,2 Rodrigo Oliveira de Miranda 1,2 Victor Silva de Freitas 1,2 Orlando Fonseca Silva 1,2,3

1. Programa de Educação Tutorial de Engenharia Elétrica 2. Universidade Federal do Pará - UFPA 3. Prof. Dr./Tutor/Orientador - Faculdade de Engenharia Elétrica

INTRODUÇÃO:

Um sensor é um dispositivo que responde a um estímulo de maneira específica e mensurável analogicamente e, normalmente, transforma-o em um sinal elétrico que é transmitido a um receptor, que faz a interpretação do sinal. O sensor de deslocamento angular, ou encoder, transforma movimento rotatório em trens de pulsos elétricos que podem determinar o deslocamento em trajetória circular ou linear. A codificação de posição a partir de sensores ópticos é amplamente utilizada devido à precisão e ausência de atrito em relação ao objeto que se move. De um modo geral, cada interrupção sofrida no feixe luminoso de um dispositivo óptico cessa a sua condução, que só é reestabelecida quando volta a ser iluminado. Simular circuitos eletrônicos em ambientes computacionais é de extrema importância para a engenharia, através disso pode-se verificar o desempenho dos componentes circuitais e evitar gastos desnecessários com componentes eletrônicos e ainda refinar quantitativamente e qualitativamente cada dispositivo até que se chegue a um valor aceitável de resposta com relação a parâmetros de projeto. Neste trabalho, realizou-se a simulação no software Proteus 7 dos circuitos que formam o encoder para fins de verificar seu funcionamento e funcionalidade.

METODOLOGIA:

Para a realização do trabalho, foi utilizado o software Proteus 7 como ambiente de simulação e componentes de sua biblioteca como fonte de tensão, clocks, comparadores, capacitor, diodo zener, resistores, flip-flops, portas lógicas X-OR e NOT, dois contadores de 4 bits e dois trens de pulsos para interpretar a resposta dos sensores ópticos. Com estes elementos, construíram-se três dos circuitos necessários para simular um encoder. Primeiramente, o quadrador de sinal, que é responsável por isolar o sinal vindo dos pares de trens de pulso e pelo suprimento de corrente ao circuito lógico. O segundo, para gerar comandos enable/disable que habilitam e desabilitam a contagem e up/down para o incremento ou decremento do valor armazenado no contador. E o último para contar os pulsos, se a diferença de fases for positiva, o sinal a ser enviado é o de nível alto e o valor armazenado será incrementado. Caso a diferença entre fases for negativa, será enviado o sinal de nível baixo que decrementará o valor previamente guardado. Para a verificação das respostas foram alocadas no circuito, osciloscópios, presentes no próprio software, que permitem a verificação dos sinais em forma de onda tanto na entrada, com os trens de pulso, quanto na saída e visualização da diferença entre fases.

RESULTADOS:

Depois da montagem virtual dos elementos que compõem os três circuitos supracitados ajustaram-se os sinais de entrada, para que o primeiro começasse a simulação em nível alto de pulso e o segundo em nível baixo. Então se obteve a defasagem de 90° positivos. Posicionou-se o osciloscópio para confirmar o comportamento dos referidos sinais. A cada borda de subida ou descida dos pulsos de entrada, o contador era habilitado para armazenar o dado enviado. Com outro osciloscópio na saída pôde-se verificar que a defasagem positiva incrementava o valor de saída do circuito, assim como a própria saída do contador. Neste momento da experiência verificou-se a quantização do movimento, que estava sendo substituído pelos trens de pulsos. Quando se tomou o caminho inverso, com a defasagem negativa entre os sinais de entrada, pôde-se notar o decremento do valor previamente armazenado, podendo-se visualizar esse comportamento tanto no osciloscópio de saída quanto no próprio valor final do circuito contador. Além disso, foi possível notar que havia um limite de contagem determinada pelo número de bits da palavra de saída do contador, a mesma em forma de oito bits, neste caso, 256 níveis de quantização do movimento.

CONCLUSÃO:

As respostas encontradas confirmaram o estudo prévio realizado com base em sensores de deslocamento angular, e os dispositivos eletrônicos utilizados e seus datasheets. A substituição da parte optoeletrônica pelos trens de pulsos tornou-se uma aproximação válida, já que o incremento e o decremento do valor de saída podem ser conseguidos através das alternâncias de fase entre as entradas, o que ocorre no caso real de sensor de deslocamento angular. Os osciloscópios formaram uma grande ferramenta de ajuda para análise gráfica dos resultados e monitoramento do comportamento da forma de onda de entrada e saída, que, ajustadas para frequências menores, puderam ser comparadas e estudadas para verificar se as mesmas seguiam com as normas especificadas no início do trabalho. Por mais que a montagem real do circuito venha a envolver valores não constantes, pelo fato de os componentes não serem ideais, a pesquisa conseguiu aproxima-los dos envolvidos numa condição real de um circuito encoder, tanto com relação a dispositivos, quanto em relação à resposta dos mesmos quando se for avaliado os pontos onde foram inclusos osciloscópios na simulação.

Palavras-chave: Sensor de Deslocamento Angular, Encoder, Simulação Proteus 7.