Controle de SMAs através do LOGO
Até o presente momento, todos os "experimentos" com SMAs foram controlados de forma manual (com o apertar de um botão). Todavia, é possível controlar um SMA através de um PC com o LOGO instalado. Neste artigo, o leitor verá como isso é possível através de uma pequena placa que permite controlar até oito fibras de forma independente. As aplicações para este aparato vão desde o controle de um pequeno robô com SMAs até aplicações mais específicas em Automação Industrial.
Nota: O artigo é de 2003. Os demais da série estão disponíveis no site.
O leitor que acompanha nossa pequena série sobre SMAs, já notou que estes podem substituir com sucesso muitos outros componentes comuns na Mecatrônica e Automação como: ralés, solenoides, motores, e muitos outros. Sua adaptação requer apenas uma certa dose de criatividade.
Na edição passada (n°11 - julho/ agosto de 2003) apresentamos a montagem de uma pequena fonte de corrente para controlar SMAs. Essa fonte permite o teste e aplicação de SMAs substituindo o emprego de pilhas no controle dos mesmos, aumentando muito as possibilidades para as ideias de automações dos nossos leitores.
Entretanto, mesmo com o uso desta fonte, o controle ainda é feito de maneira manual. Não é possível a integração com um computador ou mesmo microcontrolador. Essa fonte foi desenvolvida para testes e aplicações diretas sobre os SMAs.
Sendo assim, como controlar os SMAs em um pequeno robô ou mesmo em um controle qualquer em uma automação mais específica usando um computador? A única forma de conexão possível entre um PC e um SMA é através de um "drive- (placa). Este "drive" deve isolar nosso PC completamente e permitir uma corrente suficiente para o trabalho do SMA, seja qual for o diâmetro ou comprimento adotado para o mesmo. E é exatamente isso que a montagem proposta neste artigo faz.
Mas a placa realizará apenas a interface. É necessário o controle. E para controlar nossa placa, o PC precisa de um programa desenvolvido para este propósito. A linguagem escolhida para controlar a placa foi o LOGO e isso deve-se ao fato desta linguagem ser de fácil aprendizado, pois todos os comandos são em português, além de ter seu "download" gratuito na internet. Para fazer o download do Super Logo, acesse o site www.nied.unicamp.br.
A placa também poderá ser controlada por qualquer outro programa, desenvolvido em outra linguagem qualquer, desde que esta possa acessar a porta paralela de um PC. A escolha fica por conta do leitor. Neste artigo trataremos apenas da linguagem LOGO.
O CIRCUITO
Na figura 1, o leitor observa o esquema elétrico do nosso "drive". Temos, para cada linha de dado da porta paralela, um acoplador óptico para isolar completamente os SMAs do PC. Assim, a proteção contra sobrecargas, curtos e outros fica garantida. O acréscimo de um acoplador, seus resistores limitadores e um transistor equivale a um "módulo" (quadro azul). Caso o leitor não necessite controlar oito fibras, poderá montar o número de módulos que melhor atender as suas necessidades.
Se o leitor olhar atentamente o circuito proposto, notará uma certa semelhança entre a parte de alimentação deste circuito com a fonte de corrente publicada na edição anterior. Porém as fontes são diferentes. A fonte de corrente é um equipamento para a bancada, e deve ser utilizada no apoio aos testes da "mecânica" aplicada com SMAs ou para substituir a alimentação com pilhas. A fonte proposta aqui foi dimensionada para alimentar a placa de controle para SMAs.
Os transistores, Q1 a Q8, fazem todo o trabalho "pesado", admitindo a passagem de corrente pelos SMA1 a SMA8. Os LEDs, D1 a D8, indicam quando uma porta foi acionada, permitindo um controle maior sobre a placa, além de um "efeito" visual muito interessante. Assim sempre que um SMA for ativado, teremos o seu respectivo LED aceso. Isso ajudará a identificar por exemplo, se os comandos estão sendo direcionados para o SMA correto.
COMO FUNCIONA
Vamos explicar o funcionamento (figura 2) de um único módulo, sendo que este é análogo aos demais. O transistor Q1 é um transistor NPN "Darlington" de potência para até 5 A de corrente de coletor (corrente está mais que suficiente para a maioria das aplicações com SMAs). Observando o circuito, o leitor notará que o mesmo foi configurado para operar como uma "chave". Sua condução depende do nível aplicado em sua base.
Quando inserimos um nível lógico igual a "1" na entrada do acoplador óptico através da porta paralela, uma pequena corrente circula pelo "LED emissor" interno ao acoplador, que transmite o sinal "óptico" para o fototransistor, também interno ao acoplador óptico. Neste momento o fototransistor conduz, polarizando o. transistor Q1. Com "Q," ligado (lembra, ele atua como uma chave), o SMA contrai e o LED D1 acende.
Já um nível lógico "0" na entrada do acoplador óptico, não permite que nenhum sinal "óptico" seja transmitido, mantendo o transistor Q1 sem a polarização necessária para a condução, mantendo o LED D1 apagado e "cortando" a corrente sobre o SMA possibilitando que este "relaxe".
O tempo com que o estado lógico na entrada do acoplador óptico permanece em nível "1" deve ser controlado, da mesma forma como é feito nos métodos manuais. A vantagem é que podemos colocar o PC para fazê-lo através do programa: Assim, não correremos o risco de estragar a fibra.
MONTAGEM
Para montar a placa "PC-SMA Control" o leitor poderá utilizar o "layout" oferecido nas figuras 3 e 4. Para aquele que possui uma maior intimidade com placas do tipo padrão, esta inclusive pode ser uma boa opção. A montagem em um "pront-o-board" (matriz de contatos) também é possível: O leitor deve escolher o método de montagem que achar melhor.
Apesar do circuito elétrico ser demonstrado de forma única, as placas foram divididas em duas partes para facilitar a montagem. A primeira parte (figura 3) mostra um módulo de controle para um SMA. A segunda parte (figura 4) trata a fonte de alimentação. Desse modo, o leitor poderá determinar o número de SMAs que deseja controlar dimensionando o custo de sua montagem.
Para cada SMA a ser controlado é preciso um módulo de controle. A placa da fonte possui saídas para até oito módulos e é necessária apenas uma para alimentar todos os módulos que o leitor vier a usar.
Tenha cuidado ao soldar os componentes polarizados como Cl1, Cl, os transistores e LEDs. Todos os resistores são de 1/8 de watt ou mesmo 1/4 de watt. O uso de radiadores de calor nos transistores aumenta a vida útil dos mesmos, evitando queimas por sobreaquecimento. Um bom radiador de calor para Cl, também é recomendável.
Na figura 5 temos um cabo de comunicação entre a placa e o PC. O leitor ainda poderá utilizar um cabo "prolongador” (para impressoras paralelas, facilmente encontrado no mercado especializado de informática. O fio terra da placa não deve ser conectado ao fio terra do PC. Dessa maneira, mantemos isolado nosso computador da placa.
O PROGRAMA
Nosso programa de controle foi desenvolvido no Super LOGO. Na figura 6 temos a tela principal do mesmo e na figura 7 o fluxograma do programa.
Importante:
A função principal, de nome PCS -.MACONTROL, monta a tela e os botões de controle. Temos dois botões para controlar cada SMA. Um deles "liga" e outro "desliga”. Temos ainda um botão para ativar/desativar o "temporizador automático" e mais um outro para finalizar o programa.
Ao iniciar o programa todas as portas (SMAs) estão desligadas, inclusive o temporizador. Ao pressionar um dos botões "LIGAR", a porta correspondente é ligada, acionando o SMA. Se pressionarmos o botão "DESLIGAR", a porta correspondente é desligada. Se aquele que aciona a "temporização automática" for acionado, qualquer SMA será ligado durante um período não maior que 1 segundo e logo em seguida desligado (o tempo pode ser alterado no programa para atender as necessidades de cada um). Se a função de "temporização automática" não estiver acionada, o leitor deverá controlar o tempo que o SMA fica ligado manualmente (cuidado com os excessos).
A operação com a porta paralela é feita de maneira a controlar cada "bit" de D0 a D8 (pino 2 ao 9) de maneira independente. Para ligar, é realizada uma operação "OU" lógico como bit que desejamos ligar. Por exemplo: se quisermos ligar o bit D3 da porta paralela, e consequentemente o "SMA," da placa. Devemos ler o valor atual da porta (assim evitamos desligar outro SMA acidentalmente) e fazer um "OU" lógico deste com o valor binário "00001000". Consequentemente, o valor em D3 será "1" e os outros valores da porta não serão afetados.
Para desligar o bit D3, fazemos urna operação "E" lógico com a porta. O valor atual da porta é lido e um "E" lógico é realizado com o valor binário "11110111".-Após.a operação, o valor de D3 será "0".
