Para o projeto Ciclopes temos a necessidade de que o robô possa identificar o nível da bateria (combustível do robô). Dessa forma será demonstrado algumas metodologias para a medição do nível da bateria.
A primeira metodologia proposta utiliza divisores de tensão. Com efeito de ilustrar, uma bateria com carga completa apresenta um valor de tensão diferente de quando está completamente descarregada.
Assim, se for possível fazer uma amostra do valor da bateria será possível estimar a porcentagem da carga restante na bateria. Com a finalidade de obter estas amostra da tensão total da bateria este método utiliza divisor de tensão. Koninklijke Philips Electronics N.V. propõem o sistema apresentado na Figura 1.
De acordo com a Figura 1 este sistema proposto é capaz de monitorar, de forma individual, a tensão de cada bateria do conjunto (U_1, U_2, U_3, U_4, U_5) . Como se verifica na Figura 1 a amostra da tensão é realizada utilizando divisores de tensão e um microcontrolador com conversor A/D para quantificar a carga. Além disso nesta proposta é possível o monitoramento tanto nos ciclos de carga quanto nos ciclos de descarga de cada bateria.
Ciclo de Carga
Conforme a Figura 1 o processo de carga pode ser descrito pelos seguintes passos:
- A entrada I_2 do microcontrolador detecta que o sistema está conectado à fonte de energia para recarga;
- Saída O_5 altera seu nível lógico de 0 para 1, polarizando o transistor Q_5 e o Mosfet M_5 ;
- Inicia-se o ciclo de Carga;
- Através dos divisores de tensão e das entradas analógicas (A_1, A_2, A_3, A_4, A_5) realiza-se o monitoramento da carga da bateria (V_{bat}) ;
- Quando V_{bat} atingir o valor de tensão máxima (V_{máx}) a saída O_5 do microcontrolador altera seu nível lógico de 1 para 0. Assim, esta mudança despolariza os transistores Q_5 e Mosfet M_5 , finalizando o ciclo de carga.
A Figura 2 ilustra o fluxograma do processo de carga.
De acordo com a proposta de Koninklijke Philips Electronics N.V. os diodos (D_1,D_2,D_3,D_4,D_5) tem a função de impedirem que as baterias sejam descarregada durante o ciclo de carga, pois eles impedem que a corrente tenha sentido inverso.
Divisores de Tensão
A célula U_5 pode ser monitorada diretamente através da entrada analógica A_5 , pois a célula está referenciada diretamente com o ground (terra do circuito). Para as demais células são necessários divisores de tensão.
Para o conjunto de baterias, apresentado na Figura 1, são necessários quatro divisores de tensão, agrupados em pares, de acordo com sequência:
- 1º par: \frac{R_1}{R_5} ;
- 2º par: \frac{R_2}{R_6} ;
- 3º par: \frac{R_3}{R_7} ;
- 4º par: \frac{R_4}{R_8} ;
Logo, cada divisor de tensão é conectado entre uma entrada analógica e aos nós de referência para cada célula (N_1, N_2, N_3, N_4) . Para medir a tensão da célula U_1 é necessário obter os sinais das entradas A_1 e A_2 e compará-los com a tensão de referência U_{Ref} . Este procedimento pode ser determinado com os seguintes cálculos:
U_{A1}=\frac{R_5}{R_1 +R_5}*\dot{U_1}=X_1 *\dot{U_1} U_{A2}=\frac{R_6}{R_2 +R_6}*\dot{U_2}=X_2 *\dot{U_2}Assim, é possível determinar a tensão de U_1 a partir de:
U_1= \dot{U_1} - \dot{U_2} =\frac{U_A1}{X_1} + \frac {U_A2}{X_2}
Para verificar as outras células da bateria o processo é de forma similar, porém utilizando diferentes fatores atenuantes (X_1, X_2) e demais entradas analógicas (A_3, A_4, A_5) .
Ciclo de Descarga
O ciclo de descarga inicia quando o sistema que a bateria apresenta carga completa, ou seja V_{bat}>=V_{máx} . A saída O_6 altera nível lógico de 0 para 1, chaveando o Mosfet M_6 , permitindo que seja liberado da estação de carregamento.
Monitorando a Tensão no Ciclo de Descarga
A Figura 3 apresenta, com destaque, o circuito de amostra de tensão durante o processo de descarga. Só para ilustrar será considerado apenas apenas a célula (U_1) . O processo para as demais células é semelhante.
Portanto, com o transistor Q_{11} em condução, a tensão sobre R_1 é determinada realizando os seguintes cálculos:
U_{R1} = U_1 + U_{be(Q11)} - U_{ak(D1)}
Porém, para eliminar possíveis margens de erro, e permitir que, U_{R1} = U_1 é necessário que:
U_{R1} = U_1 + U_{be(Q11)} - U_{ak(D1)}
Com o transistor Q_{11} em condução, a tensão de U_1 passa a ser proporcionalmente a tensão no resistor R_5 . portanto, ela pode ser medida pela entrada A_1 do microcontrolador.
Para que a condição U_{be(Q11)} = U_{ak(D1)} seja respeitada são necessárias alterações no esquemático da Figura 3 . A Figura 4 permite a correção dos erros anteriores. O diodo D_{11} foi substituído pelo transistor bipolar T_{11} . Assim, temos:
U_{be(T11)}= U_{be(Q11)}
U_1 = U_{R1}
A Figura 4 ainda pode ser simplificada. Os resistores R_6,R_7,R_8 podem ser substituídos por um único resistor em comum, R_5 , permitindo a redução de erros.
Enfim, a Figura 5 representa o diagrama final do circuito utilizado.
Acesse as publicações do grupo VISIOROB no Instagram /https://www.instagram.com/visiorob/. Não se esqueça as outras matérias disponíveis no blog /https://visiorob.com.br/index.php/grupo-visiorob/. . Para ficar por dentro de tudo que acontece! Enfim, nos vemos na próxima.
Faça um comentário