As indústrias de manufatura ou processamento, como têxtil, química, farmacêutica e outras, possuem muitos processos contínuos que exigem monitoramento e manutenção de registros de diferentes parâmetros físicos como temperatura, umidade, pH, umidade, vazão, viscosidade, etc. são continuamente exibidos e armazenados em computadores mainframe. As indústrias modernas possuem sistemas DCS e SCADA para monitorar, armazenar e controlar esses parâmetros. Com a mais recente tecnologia, Indústria 4.0 com tecnologia IoT, esses parâmetros são monitorados e armazenados na nuvem.
Os parâmetros físicos são detectados por meio de transdutores (sensores), e seu valor é convertido em digital. Este valor digitalizado é então armazenado na memória do computador (disco rígido) ou no chip de memória semicondutor. Para manter um registro de dados preciso, o valor do sensor é armazenado com um carimbo de data/hora (o valor da quantidade física detectada pelo sensor em uma hora e data específicas (ou seja, temperatura: 45óC Hora: 16:05:10, Data: 23/11/2022). Este registro é exibido em um monitor de computador ou qualquer outro dispositivo de exibição a qualquer momento e sempre que necessário.
Este projeto demonstra um sistema simples onde usei um sensor de temperatura e armazenei leituras de temperatura em um chip de memória serial. Ele também utiliza um relógio em tempo real (RTC) para manter registros de leitura de temperatura com hora e data, e também se comunica com um computador para exibir esse registro em um monitor.
O sistema utiliza uma placa microcontroladora Arduino com memória IIC 24C32 e um módulo DS1307 com chip RTC.
Diagrama de blocos do sistema
Os principais blocos de construção do sistema são um sensor de temperatura, chip RTC DS1307, memória serial IIC 24C32, uma placa microcontroladora Arduino e um computador.
Sensor de temperatura: detecta a temperatura e fornece tensão de saída analógica por mudança de temperatura.
Chip DS1307 RTC: tem um calendário de 100 anos, de 2.000 a 2.100, e fornece hora e data precisas com o dia. É usado para fornecer hora e data com leitura do sensor para armazenar registros adequadamente
Memória serial IIC 24C32: usado para armazenar (registrar) os dados (valor do sensor – leituras de temperatura) com hora e data
Placa Arduino NANO: o principal bloco de construção do sistema. Possui um microcontrolador ATMega328 de 8 bits com 32 KB de FLASH e executa as seguintes tarefas:
- Lê a temperatura do sensor e a converte em um valor digital
- Lê hora e data do chip RTC
- Escreva o valor do sensor com hora e data na memória serial a cada cinco segundos.
- Exibe leituras de sensores armazenados, hora e data no monitor serial do computador
Computador: usado para monitorar leituras de temperatura e exibir registros de temperatura armazenados com hora e data.
Antes de passarmos ao diagrama esquemático, seu funcionamento e operação, vamos primeiro coletar os itens necessários.
Itens requeridos
Módulo sensor de temperatura analógico e digital
Memória IIC e módulo RTC DS1307
Placa Arduino NANO
Diagrama esquemático
Descrição
A figura mostra que o sistema completo é construído usando apenas três componentes (ou módulos) – módulo sensor de temperatura, memória IIC, módulo RTC e placa Arduino nano.
- O módulo do sensor de temperatura possui quatro pinos de interface. (1) +V, (2) G, (3) A0 e (4) D0. O pino +V está conectado ao pino de saída de +5V da placa Arduino. O pino G está conectado ao terra comum do circuito. O pino de saída analógica A0 está conectado ao pino de entrada analógica A0 da placa Arduino. O pino de saída digital D0 não é usado aqui.
- A memória IIC e o módulo RTC possuem muitos pinos de interface, dos quais apenas quatro são usados. (10 Vcc, (2) Gnd, (3) SDA e (4) SCL. O pino Vcc está conectado ao pino de saída de + 5 V da placa Arduino e o pino Gnd está conectado ao aterramento comum do circuito. Os pinos SDA e SCL são conectados aos pinos I2C A4 e A5 da placa Arduino, respectivamente
- A placa Arduino se comunica através de um cabo de dados USB com o sistema do computador principal. Os dados do sensor são monitorados em um monitor serial.
- A placa e os módulos Arduino recebem alimentação de +5 V do computador principal por meio de um cabo USB.
Aqui está uma foto do arranjo do circuito.
Trabalho e operação
O módulo consiste em um comparador com potenciômetro. O sensor de temperatura é um termistor NTC; sua resistência muda com uma mudança de temperatura. A mudança na resistência é convertida em uma saída de tensão analógica. Esta tensão de saída analógica está disponível no pino A0. Assim, o módulo fornece uma tensão analógica de produção conforme a mudança de temperatura.
Essa tensão analógica recebe entrada no ADC interno do microcontrolador Arduino, que lê essa tensão analógica e a converte em um valor digital. Em seguida, o Arduino lê o carimbo de data/hora no formato HH:MM:SS, DD/MM/AAAA do chip RTC DS1307 por meio dos pinos IIC SDA e SCL. Em seguida, armazena o valor digital da leitura do sensor na memória IIC 24C32 com hora e data.
O Arduino continua a ler o valor do sensor e o armazena na memória com hora e data após cada segundo. Este processo se repete até que a memória de 32 KB esteja cheia. Depois disso, os dados do sensor são sobrescritos do primeiro local de memória.
Para ler os dados armazenados a qualquer momento na memória, é necessário enviar o comando “r” do monitor serial (computador) para o Arduino através da comunicação serial. Quando o Arduino recebe este comando, ele lê todos os dados armazenados na memória e os exibe no monitor serial como um valor de temperatura em uma determinada hora e data.
Aqui está uma imagem da saída na tela do monitor serial.
Programa de software
O programa é escrito em Arduino IDE e compilado e carregado no Flash interno do microcontrolador Arduino ATMega328. O programa usa a biblioteca de fios integrada do Arduino “wire.h” e a biblioteca RTC “RTCLib.h” no programa. As funções da biblioteca “wire” são usadas para escrever e ler dados da memória serial IIC.
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