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Controle Digital de Ventoinha com o MSP430 (MIC011a)

Baseados no Application Report SLAA259 da Texas Instruments (www.ti.com) descrevemos um controle digital de ventoinhas usando o microcontrolador MSP430F417. No site da empresa pode ser acessado o código fonte para implementação do projeto. O circuito pode ser ampliado para controlar diversas ventoinhas ou ainda alterado para aplicações em controles PWM de dispositivos equivalentes.

As ventoinhas estão presentes em uma grande quantidade de aplicações em que o calor gerado pelos circuitos eletrônicos deva ser rapidamente transferido para o meio ambiente. Dentre as aplicações mais comuns temos os computadores, mas também encontramos este tipo de aplicação em fontes chaveadas, equipamentos de telecom, etc.

A idéia básica deste projeto é aumentar a eficiência da ventoinha fazendo-a operar de acordo com as necessidades de refrigeração do sistema. No circuito descrito, o microcontrolador MSP430 mede a temperatura e a partir dela controla a velocidade da ventoinha utilizando um esquema PWM. O circuito pode ser usado para controlar ventoinhas de 3 ou 4 fios DC sem escovas.

Para o desenvolvimento do projeto a Texas utiliza a Placa de Desenvolvimento SoftBaugh ES417, uma interface USB MSP430 (MSP-FET430UIF), e uma fonte de alimentação, além da ventoinha a ser controlada. O circuito completo do controle é mostrado na figura 1.

 

Diagrama completo da ventoinha com controle digital.
Diagrama completo da ventoinha com controle digital.

 

 

Nas figuras 2 temos os modos de se conectar uma ventoinha típica ao circuito através de interface de 3 fios.

 

Conexão da ventoinha por 3 fios
Conexão da ventoinha por 3 fios

 

Para conexão por interface de 4 fios, temos o circuito mostrado na figura 3.

 

 

Conexão por 4 fios
Conexão por 4 fios

 

Deve-se consultar as folhas de dados da ventoinha usada para se ter a identificação apropriada dos terminais de conexão. Também devem ser observadas as necessidades de corrente para a escolha apropriada dos transistores excitadores.

O projeto apresentado pela Texas Instruments tem 6 níveis de velocidade definidos pelo sistema (L0 a L5), mas níveis adicionais de temperatura podem ser acrescentados ao software, se necessários. Cada nível é fixado por limites de temperatura alto e baixo e define a velocidade que a ventoinha deve manter enquanto que a leitura da temperatura cai dentro da faixa selecionada.

As informações sobre velocidade e demais dados do funcionamento é dada por um LCD na placa ES417, o qual é constantemente atualizado pelo software. O sensor usado é um termistor (NTC) o qual monitora a temperatura do dispositivo que deve ser mantido numa determinada faixa de temperaturas. Foi usado no projeto um termistor de 10 k ? (NTC) que pode ser facilmente conectado ao comparador do microcontrolador.

No LCD também é mostrado o nível de refrigeração, por exemplo F2, o que significa que o código de funcionamento que está sendo rodado é de nível 2. São 5 os níveis definidos, de F1 a f5 no exemplo de aplicação.

O circuito foi projetado para operar na faixa de temperaturas de -55º C a +99º C com incrementos de 1º C. O conversor A/D do microcontrolador é usado para fazer a conversão da resistência do termistor na temperatura equivalente.

Para controlar a ventoinha, os dispositivos MSP430 contam com pelo menos 2 sinais PWM de mesma freqüência com ciclos ativos diferentes. Controlando estes ciclos é possível controlar efetivamente a velocidade da ventoinha. Os ciclos são controlados a partir da informação da rotação com que a ventoinha está rodando. Um alarme pode ser agregado, caso a ventoinha rode fora de uma faixa de velocidades que seja pré-determinada.

A temperatura do dispositivo controlado é constantemente verificada, utilizando-se para esta finalidade o Timer Watch Dog que é usado como um intervalador. Para um cristal de 32,768 kHz, os intervalos de leitura do sensor é de 1 segundo.

Com base nas informações dadas pela Texas em seu Application Report, é possível fazer modificações do software e do próprio circuito para outras aplicações ou ainda tipos de ventoinhas que não sejam comuns.

 

Display de LCD do controle da ventoinha
Display de LCD do controle da ventoinha

 

Conclusão

Este artigo mostrou como é possível implementar um controle PWM de uma ventoinha a partir de informações obtidas por um sensor resistivo comum, no caso um NTC. Com base nesta descrição, o leitor pode facilmente implementar outros dispositivos de controle baseados em sensores resistivos.

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