Chuveiro microcontrolado

Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza
GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO
Etec “JORGE STREET”
TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM
ELETROELETRONICA
Chuveiro microcontrolado
Filipe José Carretero
José Marcio S. Cavalcante
Marcelo de Oliveira Olavo
Ubirajara Silva Machado
Professor Orientador
Salomão Choueri Junior
São Caetano do Sul / SP
2012
CHUVEIRO MICROCONTROLADO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como pré-requisito para
obtenção do Diploma de Técnico em
Eletroeletrônica.
São Caetano do Sul / SP
2012
AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente a Deus por nos abençoar neste projeto e
também aos nossos familiares que nos apoiaram e também a todo corpo docente de
professores que nos ajudam nesta realização.
RESUMO
Automatizar um chuveiro elétrico usando um microcontrolador que irá
processar todas suas funções e modernizar o chuveiro usando um sensor ótico para
Liga/Desliga e controle de temperatura, assim tento um projeto totalmente prático.
Palavras-chave: Sensor ótico, Microcontrolador, Chuveiro.
Lista de Figuras
Pagina
Figura 1-Pesquisa ....................................................................................................... 9
Figura 2-Custos ........................................................................................................... 9
Figura 3-Banho.......................................................................................................... 11
Figura 4-Relogio ........................................................................................................ 12
Figura 5-Meio Ambiente ............................................................................................ 13
Figura 6-Comando Elétrico........................................................................................ 14
Figura 7-Placa eletronica em 3D ............................................................................... 15
Figura 8-Desenho da placa eletrônica ....................................................................... 16
Figura 9-Desenho elétrico ......................................................................................... 17
Figura 10-Fluxograma ............................................................................................... 18
Figura 11-Desenvolvimento....................................................................................... 19
Figura 12-Montagem ................................................................................................. 20
Figura 13-Caixa ......................................................................................................... 21
Figura 14-Testes ....................................................................................................... 22
Figura 15-Placa Eletrônica ........................................................................................ 23
Figura 16-Acabamentos ............................................................................................ 24
Figura 17-Acabamentos ............................................................................................ 25
Figura 18-Acabamentos Finais.................................................................................. 26
Figura 19-Acabamentos Finais.................................................................................. 27
Figura 20-Finalização do Projeto............................................................................... 28
Figura 21-Adequação de Cabos................................................................................ 29
Figura 22-finalizações ............................................................................................... 30
Sumário
1 – Introdução ............................................................................................................. 7
1.2 – Tema e delimitação ............................................................................................ 7
1.3 – Objetivo .............................................................................................................. 7
1.4 – Justificativa ......................................................................................................... 8
1.5 – Metodologia ........................................................................................................ 8
1.6 – Graficos de custos .............................................................................................. 9
1.7 – Fundação teórica ............................................................................................. 11
1.8 – Temporizadores ............................................................................................... 12
1.9 – Meio Ambiente ................................................................................................. 13
2 – Planejamento do projeto...................................................................................... 14
2.1 – Comando eletrico ............................................................................................ 14
2.2 – Placa eletrônica ................................................................................................ 15
2.3 – Circuito eletrico da placa eletrônica .................................................................. 16
2.4 – software do microcontrolador ........................................................................... 17
2.5 – fluxograma........................................................................................................ 18
2.6 – Desenvolvimento do projeto ............................................................................. 19
2.7 – Montagem dos componentes .......................................................................... 20
2.8 – Caixa para deposito de agua............................................................................ 21
2.9 – Testes do projeto .............................................................................................. 22
2.10 – Placa eletrônica .............................................................................................. 23
3 – Resultado obtido ................................................................................................. 24
3.1 – Detalhes ........................................................................................................... 25
3.2 –Acabamentos .................................................................................................... 26
3.3 – Acabamentos finais .......................................................................................... 27
3.4 – Acabamentos finais (modificação) ................................................................... 28
3.5 – Acabamentos final (adequação) ...................................................................... 29
3.6 _ Resultado obtido (testes).................................................................................. 30
4 – Conclusão ........................................................................................................... 31
5 – Referencia ........................................................................................................... 32
6 – Apêndice ............................................................................................................. 33
1-Introdução
Nosso projeto se trata de um chuveiro automatizado.
O grupo se reuniu e pensamos em várias ideias, discutimos sobre custos e
dificuldade dos projetos como mecânica, por exemplo.
Então decidimos fazer o projeto do chuveiro que envolve a matéria do nosso
curso como eletrônica de potência, sensores e microcontrolador.
A ideia inicial foi de um único sensor controlar tanto o liga/desliga como
também o controle de temperatura, este era nosso desafio ao longo do
desenvolvimento deste projeto, pensamos em usar um clp para isso, mas
pesquisamos preços e observamos que iria encarecer nosso projeto então
resolvemos fazer com o microcontrolador, no caso mais barato.
1.2-Tema e delimitação.
Chuveiro microcontrolado
No projeto usaremos um microcontrolador para efetuar todas as funções de
controle, tanto liga/desliga como controle de temperatura, para isto usamos um
sensor ótico de proximidade.
Então compramos um chuveiro integrado com eletrônica de potência junto
com um potenciômetro analógico, então retiramos este potenciômetro e adaptamos
um controle digital usando reles que será comandado pelo microcontrolador que já
estará com sua programação, que será acionado pelo sensor.
1.3-Objetivos – gerais e específicos(s)
Controle do chuveiro
Através de um único sensor realizará o controle de liga/desliga e também
controle de temperatura.
Isso se realizará desta forma:
- com uma aproximação breve de um segundo, o chuveiro liga.
- com uma aproximação durante três segundos a temperatura aumenta em cinco
etapas, caso essa aproximação pare, a temperatura para de aumentar.
- com outra aproximação de três segundos a temperatura diminui
-com uma aproximação breve de um segundo, o chuveiro desliga.
7
1.4-Justificativa
A justificativa de nosso projeto é a questão do custo e também porque
envolve o conteúdo de nosso curso como eletrônica de potencia, microcontrolador,
sensores, contadores e solenoides.
1.5- Metodologia
Em pleno século XXI a população brasileira não é conscientizada sobre a
importância da água.
Parece incrível quando falamos que nosso planeta é 75% de água, mas todo
esse recurso que parece incrível tem seus lados ruins, apenas 3% de toda essa
água é potável, significando que temos muito pouco desse liquido que precisamos
tanto para sobreviver.
Com isso nosso grupo que cursa o 4° módulo de Eletroeletronica pensamos
em fazer um projeto INOVADOR que estará ajudando o meio ambiente.
O foco principal desse projeto é a economia de água, pois nos dias de hoje os
brasileiros tem habito de ficar de 20 à 30 minutos no banho, sendo que órgãos
ambientais aconselham apenas 10 min.
Com uma base nesses dados podemos ver a eficiência de nosso projeto; em
um banho de apenas dez minutos gastaria cerca de 90 litros de água¹, fazendo os
cálculos o brasileiro gasta certa de 180 à 270 litros de água em um banho, sendo
que existem pessoas que tomam dois até mais por dia.
Conseguindo ver a eficiência de nosso projeto, decidimos fazer uma pesquisa
de campo para sabermos a aceitação do público.
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Figura 1
Como podemos ver a grande maioria aceitaria o projeto, mas boa parte não
comprariam ele, em academias muitos donos se queixaram da quantidade de
produto que teria que comprar, ai entramos em outro dilema o preço, nosso projeto
tem como base o custo para venda de R$: 210,00 reais, sendo que um chuveiro
comum sairia R$:100,00 reais.
Figura 2
9
Previsão de custos.
- Componentes mecânicos e diversos.
Nomes:
Solenoide
Preços:
R$: 50,00
Marceneiro
R$: 80,00
Caixa Steck
R$: 33,00
Tubos de meia
R$: 1,00
4 metros de Cabos de 4mm
R$: 4,00
Espelhos e Tomadas
R$: 4,00
4 rodinhas
R$: 2,00
Conexão de redução
R$: 2,00
Válvula de meia profilt
R$: 10,00
3 cotovelos de meia
R$: 1,50
Engate flexível de meia
R$: 5,50
Acabamento Final
R$:17,50
Total
R$:268,00
- Componentes Eletrônicos.
Nomes:
Preços:
Sensor ótico pepperl+Fuchs
R$: 80,00
7 Leds
R$:5,60
6 Relês Sun Hold Ras – 1210
R$12,00
5 Resistores de 9K1
R$:0,25
7 Diodos Zenner
R$:21,00
16 Resistores de 10K
R$: 0,80
Microcontrolador PIC
R$: 20,00
5 conectores de duas vias
R$:4,00
1 conector de três vias
R$:1,00
4 Diacs
R$: 0,80
Buzzer
R$: 11,00
2 capacitores
R$:0,60
1 Potenciômetro
R$: 2,50
2 Disjuntor de 40A
R$: 10,00
Chuveiro Zagonel
R$: 99,00
Total
R$: 268,55
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1.7 – Fundamentação Teórica
Chuveiros elétricos
Figura 3- Banho
Segundo pesquisas o chuveiro é responsável por 45%do consumo de energia de
uma residência, e isto pode aumentar ainda mais por existirem chuveiros cada vez
mais potentes ,Na década de 80,usava se chuveiros de 4400watts, hoje o mais
simples usado é de 5500watts a 8000watts.
Digamos que o consumo dobrou para cada residência, mas o problema maior é
consumidores mal informados ou leigos no assunto, compram chuveiros mais
potentes, substituindo o anterior danificado sem verificar cabos e disjuntores, os
primeiros problemas começam a aparecerem, por exemplo, o disjuntor desarmar,
contratam alguém que não entende do assunto que acaba substituindo este disjuntor
por um de maior potência para não desarmar mais, e não substitui os cabos
podendo causar aquecimento e também até incêndio na residência.
Com o aumento de potência do chuveiro este consumo de energia elétrica pode
aumentar de 10%a 15%a mais, resultando em prejuízos para o consumidor.
.
11
1.8 - Temporizadores
Figura 4 - Relógio
Temporizador em chuveiro tem sido uma forma de diminuir o consumo
de energia pela metade, também alvo de nosso projeto que tem o objetivo de
economia tanto de água como energia elétrica.
12
1.9 – Meio Ambiente
FIGURA 5-Meio ambiente
Nosso objetivo maior é a economia de aguá e energia elétrica ,preservando
com isso o meio ambiente.
13
2-Planejamento do projeto
2.1- Comando elétrico
FIGURA 6- Comando elétrico
14
2.2-Placa eletrônica
FIGURA 7- Placa eletrônica em 3D
15
FIGURA 8- Desenho da placa eletrônica
16
2.3-Circuito elétrico da placa eletrônica
FIGURA 9- Desenho elétrico
17
2.4- Fluxograma
Start
Botão
Precionado?
Não
Inicia Contador
de Tempo para
chuveiro Ligado
(lê Ajuste)
Sim
Chuveiro
Ligado
Não
Liga Chuveiro
Não
Desliga
Chuveiro
Sim
Botão
Precionado por
mais de 1,5s
-Cancela
Temporização
-Tempo
Chuveiro=min
Sim
Última Operação
Aumentou
Temperatura?
Não
Aumento a
Temperatura do
Chuveiro
Gradativamente
Diminui a
Temperatura do
Chuveiro
Gradativamente
Sim
Interrupt
Chuveiro
Ligado?
Não
Sim
Contador do
chuveiro Ligado
Estourou?
Não
Sim
Toca Buzzer
por 5
segundos
Finais
Desliga o
chuveiro
Figura 10 - Fluxograma
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2.5- Desenvolvimento do projeto.
Figura 11 - Desenvolvimento
O primeiro item do projeto foi à caixa de madeira
feita por um marceneiro, esta foi dividida em duas partes
para ser transportada e também adaptamos quatro
rodinhas para locomover de um lugar para outro.
19
2.6- Montagem dos componentes
Figura 12-Montagem
Depois da caixa pronta fixou o motor de meio cavalo da Ferrari, montamos as
tubulações de meia polegada junto com uma válvula, colocamos a solenoide de
220V para liberar a água, fixamos o chuveiro e montamos as partes elétricas junto
com contator e tomadas para acionar o motor e a solenoide.
20
2.7- Caixa para depósito de água
Figura 13-Caixa
Esta caixa foi preparada para receber a água que cai do chuveiro, usamos
uma caixa simples, aquela usada pelos pedreiros, pois as abas encaixavam se em
nossa caixa.
21
2.8- Teste do projeto
Figura 14-Teste
Nessa etapa começamos os testes de vazão e pressão da bomba, tivemos
que colocar redutor de pressão para que não caísse água para fora da caixa, e
também para que água não passasse muito rápida pela resistência do chuveiro e
assim não a aquecesse.
22
2.9-placa eletrônica
Figura 15 - Placa eletrônica
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Temporizador
Buzer
Microcontrolador pic
Leds
Relés
Conectores
23
3-Resultado obtido
Figura 16 - Acabamentos
Nessa etapa estávamos dando acabamento com massa corrida para tirar
pequenas imperfeições da madeira.
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3.1- Detalhes
Figura 17- Acabamentos
Nessa etapa o projeto já esta montado, testado e realizado todos os acabamentos.
25
3.2- Acabamento.
Figura 18 - Acabamentos final
No acabamento final em vez de pintarmos a madeira resolvemos usar papel
colante, por ser mais prático e proteger a madeira de umidade, escolhemos a cor
branca.
26
3.3- acabamentos finais
Figura 19- Acabamento final
Projeto finalizado
27
3.4- Acabamento Final (Modificação)
Figura 20-Finalizações do projeto
Nessa etapa resolvemos modificar a parte interna (fiação) resolvemos colocar
uma canaleta para embutir os cabos.
28
3.5- acabamento final (adequação)
FIGURA 21- Adequação de cabos
29
3.6- Resultado obtido (testes)
FIGURA 22-Finalizações
Nesta etapa final estávamos testando o projeto na bancada da escola, mas
encontramos dificuldade no ponto de energia que ligamos, havia muita queda de
tensão por motivo da potencia do chuveiro e o ponto encontrado, a bitola do cabo
era de dois e meio, quando ligamos a bomba nem funcionou.
A solução encontrada foi se informar com os professores de algum ponto que
suportaria a potencia de 6,5 KVA encontramos um ponto na quadra diretamente do
quadro de distribuição.
Ligamos neste quadro e fizemos nossos testes que foram todos positivos.
30
4- Conclusão
A ideia inicial do projeto era um chuveiro temporizado, mas os orientadores
dos projetos acharam muito simples para projeto de fim de curso, a partir daí o grupo
reuniu se para melhorar a ideia, o resultado é que além de ser temporizado
adaptamos um sensor de proximidade, para ser acionado sem contato manual.
O sensor será acionado desta forma:
- com uma aproximação breve de um segundo, o chuveiro liga.
- com uma aproximação durante três segundos a temperatura aumenta em cinco
etapas, caso essa aproximação pare, a temperatura para de aumentar.
- com outra aproximação de três segundos a temperatura diminui
-com uma aproximação breve de um segundo, o chuveiro desliga.
Dificuldade encontrada como fazer este controle?
Clp muito caro, comando elétrico não deu certo.
Decidimos fazer com o microcontrolador, que por sua vez foi mais fácil de
programar e com o custo bem reduzido para o projeto.
Este trabalho contribuiu para o relacionamento pessoal do grupo, e também
para aplicar o conhecimento adquiridos em nossos empregos assim ganhando mais
respeito e quem sabe um aumento de salário.
Como já falamos no começo tudo que nós propusemos a desenvolver no
projeto, que seria a de um único sensor controlar tanto o liga/desliga como a
temperatura do chuveiro e também adaptar o temporizador: conseguimos assim
atingir nosso objetivo em 100%.
O melhoramento do projeto pode ser a diminuição da placa eletrônica para
colocar internamente no chuveiro junto com a placa de eletrônica de potencia,
ficando assim mais discreto e mais seguro.
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5- Referências
Ahmed Ashfaq - Eletrônica de potencia.
Editora Prendice Hall.
Rashid H. Muhammad - Eletrônica de potencia.
Editora Macro.
Eng. Cipeli Antonio Marco vicari, Eng.Sandrini Waldir João - Teoria e
desenvolvimentos de projetos de circuito eletrônicos.
Editora Erica – 15° Edição.
Mamed filho João - instalações elétricas industriais: 6º edição.
Editora L.T.C – 6° Edição.
(colocar apostila, livros, artigos e sites consultados em ordem alfabética)
Exemplo:
SEVERINO, Antonio Joaquim. Metodologia do Trabalho Científico. São Paulo: Ed.
Cortez, 2000.
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