Computador de Bordo

1. Computador de Bordo Jeep Willys CJ3B - 1954 ELE 0622 – Instrumentação Eletrônica Docente: Luciano Fontes Cavalcanti Discente: Walter Viana do Nascimento Gadelha – wgadelha.ufrn@gmail.com

2. Objetivos Iniciais Desenvolver um computador de bordo para um jipe Willlys CJ3B 1954, contando com os seguintes dados: • Temperatura no capô • Temperatura ambiente • Nível de combustível do tanque principal • Nível de combustível do tanque auxiliar • Luminosidade ambiente

3. Modelo genérico de um instrumento

4. Ciclo de Desenvolvimento Especificação Design Manutenção Desenvolvimento Programação Implementação

5. Especificação do instrumento Entes Físicos: • Temperatura • Luminosidade • Nível Processamento do sinal: • Microchip PIC 16F877A Interface Máquina-Homem: • Display LCD Alfanumérico 16x2

6. Sensores utilizados • Temperatura: • LM35DZ • Luminosidade: • LDR (Light Dependent Resistor) • Nível Combustível: • Bóia de nível

7. LM35DZ Sensor de temperatura centígrado de precisão • Alimentação: -0.2V a 35V • Tensão de saída: -1.0V a 6V (10mV/ºC) • Temperatura de operação: 0ºC a 100ºC • Precisão: ±0.6 ºC a ±0.9 ºC Varia a tensão de acordo com a temperatura do encapsulamento (TO-92).

8. LDR (Light Dependent Resistor) • Resistência: • Boa intensidade luminosa:~150Ω • Baixa intensidade luminosa: ~15MΩ Varia a resistência de acordo com a intensidade luminosa em seu elemento condutor, em formato de “serpentina”.

9. Boia de nível • Cronomac 421.033 Jeep Willys: • Tanque Cheio: ~10 Ω • Meio Tanque: ~35 Ω • Tanque Vazio: ~70 Ω Varia a resistência de acordo com o posicionamento da haste detentora de uma boia com densidade menor que a da água, para que haja flutuação.

10. Processamento do sinal Microchip PIC 16F877A • Alimentação: 2.0V a 5.5V • Memória de Programa: 14,7 KB • Memória SRAM: 368 B • Entradas/Saídas: 33 • Canais AD: 8 (10 Bits) • Linguagem de Programação: C++

11. Interface Homem-Máquina • Display LCD Alfanumérico 16x2 • Alimentação: 5V • Luz de Fundo Azul • Letras Brancas • Padrão Hitachi HD44780

12. Estágio de desenvolvimento • Código C++ desenvolvido: • Tratamento dos dados convertidos; • Comunicação com LCD; • Simulações; • Sistema em funcionamento; • Avaliação do uso de conformadores: • Aumento da precisão da medida de temperatura; • Fontes de corrente encomendadas extraviadas; • Adaptação com regulador de tensão LM7805; • Criação de placa de circuito impresso;

13. Design A integração de todos os sensores e interface homem-máquina à unidade de processamento do sinal. Verificação de datasheet’s e manuais de utilização dos dispositivos físicos, principalmente alimentação, entrada e saída;

14. Sistema integrado Simulação ISIS Proteus 7 Professional (Integração do instrumento)

15. Programação Para o processo de programação, foi utilizada inicialmente a ferramenta: • MikroC (mikroElektronika) Porém devido incompatibilidade com a interface homem-máquina, foi substituída pela ferramenta: • PCWH Compiler (CCS) A substituição demandou alteração em todo o código, sendo necessário aprendizado na nova ferramenta de desenvolvimento;

16. Interface PCWH

17. Implementação Para a implementação, era necessário gravar a programação no dispositivo de tratamento, para isso foi utilizada a ferramenta: • PICKIT2 (SureElectronics) O kit realiza uma gravação “In-Circuit”, sem a necessidade de remoção do PIC para uma placa de gravação.

18. PICkit 2

19. Testes em laboratório Após programar o micro controlador, foi necessário alimentá-lo e gerar um clock externo, o que foi realizado utilizando os seguintes dispositivos: • LM7805 ( Regulador de tensão 5V ) • Cristal oscilador ( 4 MHz ) • Capacitores ( Uso com oscilador e regulador ) Para a integração com o restante do sistema, foi adquirido uma prot-o-board.

20. Testes em laboratório Oscilador 4MHz LM7805

21. Testes em laboratório “Farol” • Video Master Reset LM35DZ LDR Contraste LCD Passar Medições

22. Temperatura A saída do sensor foi ligada diretamente à entrada do conversor analógico digital, com isso a precisão está em torno de: • 0.48828 ºC Como a faixa de variação é, de certa maneira, extensa, a precisão não é o mais importante, mas sim a sua ordem de grandeza.

23. Luminosidade Com auxílio do LDR, foi criado um divisor de tensão, que tem sua tensão reduzida quando com baixa iluminação e tensão próxima a nominal quando com boa iluminação. É utilizado para o acionamento de um LED, que representaria um relé acionando o farol do veículo quando em situações de baixa luminosidade.

24. Boia de nível Foram realizadas medidas na boia de combustível do veículo, obtendo os seguintes resultados: • Tanque Vazio: 82 Ω • Meio Tanque: 45 Ω • Tanque Cheio: 18 Ω O que evidencia uma relação inversa da resistência com o nível de combustível e com os valores próximos aos nominais.

25. Boia de nível Não foi implementada por impossibilidade na retirada do elemento sensor e indisponibilidade no mercado local e extravio das fontes de corrente que seriam utilizadas. Durante a última semana foram testadas alternativas às fontes de corrente em circuito integrado, sendo a mais viável o uso de um regulador de tensão:

26. Fonte de corrente • Alternativa as fontes de corrente extraviadas: Simulação ISIS Proteus 7 Professional (Estabilidade da fonte de corrente)

27. Custos

28. Conclusões Com o desenvolvimento do computador de bordo, pode-se notar a interdisciplinaridade que existe na criação e implementação de um instrumento eletrônico. As maiores dificuldades foram em relação a programação do micro controlador devido ser o contato inicial com tal dispositivo, que dispõe de muitas possibilidades em relação a utilização com instrumentos que não requerem muita velocidade entre suas medições.

29. Perspectivas • Implementar as medidas de combustível; • Finalizar placa de circuito impresso; • Adquirir gravador; • Verificar isolação a líquidos; • Verificar possíveis melhorias de código; • Instalar no veículo;

30. Obrigado! Walter Viana do Nascimento Gadelha wgadelha.ufrn@gmail.com