Dezembro de 2010 - DEE

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA
GONIÔMETRO DIGITAL
RENATA LEIROS ROMANO
Natal, RN.
Dezembro de 2010
RENATA LEIROS ROMANO
GONIÔMETRO DIGITAL
Natal, RN.
Dezembro de 2010
RENATA LEIROS ROMANO
GONIÔMETRO DIGITAL
Projeto apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica,
da Universidade Federal do Rio Grande do Norte,
UFRN, da disciplina Instrumentação Eletrônica, sob
a orientação do Professor Luciano Fontes como
requisito para obtenção de nota.
Natal, RN.
Dezembro de 2010
Sumário
Introdução ......................................................................................................................... 5
Desenvolvimento .............................................................................................................. 6
Simulação...................................................................................................................... 7
Prática experimental ..................................................................................................... 8
Outras sugestão de interface ......................................................................................... 9
Conclusão ....................................................................................................................... 11
Bibliografia ..................................................................................................................... 12
Introdução
Conforme foi exposto no início da disciplina, iremos desenvolver um goniômetro
digital, que é um medidor de inclinação. Serve para medir ângulos de inclinação de uma
superfície em relação à outra.
O goniômetro é usado em várias áreas. Um exemplo comum de sua aplicação é na
mecânica, tendo vários modelos de goniômetros para diversas situações a serem
empregados. Outra área que também utiliza o goniômetro é a medicina. É bastante
usado na recuperação de pacientes que sofrem fraturas. O acompanhamento da
recuperação do paciente é feito com o instrumento, verificando a evolução do
movimento de uma articulação, por exemplo.
No desenvolver do projeto utilizaremos como ferramentas de simulação os
softwares ISIS, que é um aplicativo do Proteus, e o Orcad.
Desenvolvimento
O projeto tem como objetivo o desenvolvimento de um goniômetro digital, que
consiste em acoplar mecanicamente um transferidor a um potenciômetro para que a
variação do ângulo do transferidor faça variar o potenciômetro, que por sua vez servirá
de sensor para o circuito eletrônico que tem como interface LEDs.
Para o circuito, fizemos uso do circuito integrado LM3914 que aciona 10 LEDs
comuns a partir de uma tensão de entrada. O circuito integrado sente o nível dessa
tensão de entrada e em função disso aciona um de 10 LEDs na saída.
Para esse projeto, faremos uso de um potenciômetro que possui ângulo de giro
de 300°, o que significa que teremos um aparelho que irá medir de 0º a 300°. Como
temos 10 LEDs na saída, cada LED irá significar 30° de medida, conforme a tabela
abaixo.
Ângulo
LED
0°
Todos apagados
30°
LED 1
60°
LED 2
90°
LED 3
120°
LED 4
150°
LED 5
180°
LED 6
210°
LED 7
240°
LED 8
270°
LED 9
300°
LED 10
Tabela 1 – Relação ângulo - LED
Simulação
Inicialmente fizemos a simulação do circuito utilizando o software ISIS.
Tomamos como referência o Datasheet do LM3914.
Figura 1 – Datasheet do CI LM3914
O circuito simulado pode ser representado na figura abaixo:
Figura 2 – Circuito da simulação
Prática experimental
Fomos ao laboratório de eletrônicos para implementar o projeto, utilizando os
seguintes componentes:
01 LM3914
10 LED´s
01 Potenciômetro – 10KΩ
01 Resistores de 8,2KΩ
01 Resistor de 1KΩ
02 Resistores de 670Ω
01 Fonte de tensão (12V)
01 Protoboard
Os dois resistores a mais de 670Ω citados servem para fazer um divisor de
tensão, para que possamos utilizar uma única fonte de tensão.
Figura 3 – Circuito montado no laboratório
Outras sugestão de interface
Para facilitar o uso do nosso aparelho, podemos também implementá-lo
utilizando displays de 7 segmentos, que funcionará da seguinte forma:
Circuito Conversor
com 10 saídas.
Circuito Lógico
conversor para BCD
Decodificador
BCD/Display
Display de
LED’s
Figura 4 – Diagrama de blocos para interface com displays de 7 segmentos
Utilizaremos 3 displays de 7 segmentos, onde o display que mostra as unidades
será sempre zero, então não é necessário fazer a lógica. Para os outros displays fizemos
a seguinte tabela verdade:
Ângulo
000°
030°
060°
090°
120°
150°
180°
210°
240°
270°
300°
Display 2
D
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
C
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
Display 3
B
0
1
1
0
1
0
0
0
0
1
0
A
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
D
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
C
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
B
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
A
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
Tabela 2 – Tabela verdade para os displays 2 e 3
Onde o display 2 representa a casa das dezenas e o display 3, a casa das
centenas. Então, a partir dessa tabela fizemos s seguintes circuitos lógicos para os
displays:
Figura 5 – Circuito lógico para o display 2.
Figura 6 – Circuito lógico para o display 3.
Onde a saída dos circuitos será ligada nos decodificadores BCD/Display, que
por sua vez será ligado nos displays, conforme já foi explicitado no diagrama de blocos.
Conclusão
Este trabalho foi de grande valia para o aprendizado nesta disciplina, pois foi
possível aferir na prática o funcionamento de um circuito muito utilizado em áreas
diversas, além de prover a oportunidade de desenvolver um projeto de tamanha valia. A
forma em que se foi elaborado o projeto, por ser totalmente modular, facilitou tanto no
que se diz respeito a elaboração como demonstração e relato do mesmo.
Visualizamos que na medida que aumentamos a tensão no CI através do
potenciômetro, as saídas vão alimentando os led’s que vão se acendendo um a um
separadamente. Através das tabelas é possível observar também que tanto os ângulos
como as tensões, variam linearmente à medida que forem aumentados.
Bibliografia
Massarolo, Diogo. Pivato, Rafael. Lanfredi, Felipe S. Medidor de ângulo com
LM3914. UCS.
Ramos, Erickson Carlos, Medidor de ângulo (goniômetro digital). UFRN
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS007970.PDF
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/748-conheca-olm3914-art087.html