Projeto de implementação de um circuito elétrico para monitoramento de luminosidade

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DTI12986 - CIRCUITOS ELÉTRICOS E ELETRÔNICA BÁSICA
GRUPO 10: Isaque Portes, Rafael Semprini e Sávio Maffioletti
Entrega 01 - Monitoramento da Luminosidade
1. Introdução
1.1. Projeto do Circuito
Este relatório apresenta o projeto de implementação de um circuito
elétrico para monitoramento de luminosidade e uma análise superficial
dos componentes utilizados, com o objetivo de implantar a lógica de
funcionamento e acionamento dos sensores, além da diagramação dos
circuitos, com o código embarcado nos dispositivos. Com essas
informações, será possível priorizar os equipamentos necessários e tomar
decisões embasadas em dados concretos acerca da direção a seguir. Este,
portanto, é o primeiro relatório técnico do projeto, a fim de obter-se
futuramente, melhorias e implementações.
Abaixo podemos observar a estrutura base para o circuito:
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Foi utilizado um Arduino, pela plataforma gratuita e virtual
Tinkercad. A plataforma do arduino é open-source de prototipagem
eletrônica com hardware e software flexíveis, e fáceis de usar, o que
facilitou para a escolha dos componentes necessários.
2. Componentes
Foram utilizados como componentes bases, os elementos citados abaixo:
➢ 1 (um) Resistor de 220 Ω;
➢ 1 (um) Resistor de 10 kΩ;
➢ 1 (um) Fotoresistor (LDR);
➢ 1 (um) LED RGB;
➢ 8 (oito) Fios.
O terminal LDR foi alimentado pela placa, o resistor foi conectado
negativamente e além disso, para o envio dos dados, o LDR foi conectado
no pino analógico A0, ou seja, o sensor irá ler os dados através deste pino
analógico. Caso as informações fossem digitais (ligado ou desligado),
poderia ser trabalhado com o pino digital.
Eletro/eletrônicos utilizados
➢ 1 (um) Arduino Uno R3;
➢ 1 (um) Placa de ensaio pequena.
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Conexões
Fio 1 - Fio 2 - Fio 3 - Saindo do ânodo e ligados nas portas 11, 12 e 13 do
arduino;
Fio 4 - envio de dados para o arduino, entrada analógica;
Fio 5 - ligação terra, conectado no negativo;
Fio 6 - alimentação de 5V ligada ao terminal;
Fio 7 - ligado no LDR para alimentação;
Fio 8 - ligado no negativo ao resistor para fechar o circuito.
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Com a tabela acima, podemos iniciar os cálculos para os valores das
resistências.
3. Memorial de cálculo dos resistores
Para o segundo resistor temos a mesma tabela, porém com valores
diferentes, referentes ao fotoresistor, que recebe os sinais do arduino.
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4. Calculando a resistência do LED
Os LEDs RGB possuem valores de tensão diferentes para terminal de
cada cor, para isso, é necessário utilizar a seguinte fórmula:
Eq. (1)
Sendo que:
R é o valor da resistência necessária (valor em Ohms [Ω]);
Vcc é o valor da tensão da fonte de energia (por exemplo: pilhas, baterias,
fonte de alimentação, placa Arduino, etc. – valor em Volts [V]);
Vled é o valor da tensão de trabalho do LED (ou de cada cor do LED RGB –
valor em Volts [V]);
ILED é a corrente de trabalho do LED (valor em Ampère [A]).
Logo, temos que:
Observando a tabela, obtemos o valor do resistor que é de 150 Ω.
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Calculando a resistência do resistor que antecede o fotoresistor:
O LDR (Light Dependent Resistor ou Resistor Dependente de Luz) é
um componente eletrônico cuja resistência varia em função da
luminosidade que incide sobre o mesmo. Quanto maior for a quantidade
de luz que incide sobre o LDR menor será a resistência oferecida por ele e
vice-versa.
Especificações do LDR:
● Diâmetro: 5mm
● Espectro: 540nm
● Temperatura de operação: -30° a 70° celsius
● Resistência (presença de luz): 1KΩ a 2KΩ
● Resistência (ausência de luz): 100KΩ
Resistência máxima:
Resistência mínima:
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Sabendo que com ausência de luz a resistência do fotoresitor gira
em torno de 1MΩ e com a presença de luz fica entre 10KΩ a 20KΩ, e,
utilizando a fórmula acima, para que o valor da resistência que antecede o
fotoresistor permaneça abaixo de 5V, definimos o valor em 6kΩ. Como
resultados obtivemos como resistência máxima 4,72V e resistência mínima
0,71V.
5. Análise do Circuito e Divisores de tensão
O circuito foi desenhado usando o software EasyEDA, na qual aborda
um conjunto de ferramentas EDA baseado na Web que permite projetar,
simular placas de circuito impresso, podendo ser repassado às conexões e
terminais para entendimento.
Abaixo, a ilustração sobre o circuito apresentado nos tópicos
anteriores:
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6. Conclusão
Analisando o modelo de circuito atual e os componentes utilizados,
podemos notar o funcionamento do LED RGB, que atua em baixa tensão e
corrente elétrica. Um único LED necessita apenas de correntes com
magnitudes entre 1 a 50 miliampéres para o seu funcionamento e devem
ser polarizados diretamente, podendo ser destruídos caso sejam
polarizados inversamente.
Além disso, é importante ter controle sobre o nível de tensão, para
que a corrente que circula no arranjo feito para lâmpada de LED não venha
a interferir nas características de iluminação dos LEDs, uma vez que o nível
de brilho da luz emitida pelo LED é proporcional à corrente que circula
entre seus terminais. Após estes primeiros testes, o circuito sofrerá
melhorias e implementações para que seja atingido o objetivo.