Leitor de pulso de cerca elétrica

[Bruno Andrade Almeida]

Bom dia,

 

estou a muito tempo tentando realizar leitura de tensão de uma cerca elétrica, fiz o circuito para diminuir o pulso de 10000volts para 5volts e mesmo usando interrupção externa não estou conseguindo realizar a leitura, tentei pegar a leitura sem interrupção, para ler a todo momento, mas mesmo assim, o pulso é tão rápido que ele só faz uma leitura, e não chega a pegar o maior valor, o pulso é de 120us visto pelo osciloscópio. Segue meu código e circuito:

Main.c

#include <sensor_central_de_choque.h>
#include <lcd_wander_1.c>
#include <pisca_led____29_08_2016_______15.h>
#include <buzzer____29_08_2016_______10.h>
#include <corte.c>
#include <sensor_central_de_choque_main_Bruno.c>



#INT_EXT
void  EXT_isr(void) 
{ 
      varredura_leitura_sensor_choque();   
}

void main()
{
   lcd_init();  // Always call this first.
   printf (lcd_putc, "Iniciando...\n");
   ext_int_edge(0,L_TO_H);
   enable_interrupts(INT_EXT);
   enable_interrupts(GLOBAL);

   while(TRUE)
   {
      pisca_led(0,0);   
      corte();

      
   }

}

 

 

sensor_central_de_choque_main_Bruno.c

int16 sens = 5;
int16 leitura;
int16 leitura_salva;
int16 valor;
int16 leitura_de_acionamento;
int16 contador_de_acionamento;


int1 flag_init_sensor = 0;

void varredura_leitura_sensor_choque(void);

void varredura_leitura_sensor_choque(void)
{
      
      if(flag_init_sensor == 0)
      {         
         setup_adc_ports(AN0);
         setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);
         set_adc_channel(0);    
         flag_init_sensor = 1;
      }
      
         valor = read_adc(); 
         leitura = valor;
      
      if(leitura != leitura_salva && leitura > 2)  
      {
         printf (lcd_putc, "\f");
         printf (lcd_putc, "Valores:");
         lcd_gotoxy(1,2);
         printf (lcd_putc, " %lu", leitura);
         contador_corte=0;
         pisca_led(5,300); 
         if(leitura_salva > leitura) 
         {
            if((leitura_salva - leitura) > 40)  
            {
              leitura_de_acionamento = leitura_salva - 15;
            }   
         }
         
         if(leitura_de_acionamento > leitura)
         {
           contador_de_acionamento++;
         }
         else
         {
           contador_de_acionamento = 0;
           leitura_de_acionamento = 0;
         }
        
       leitura_salva = leitura;
      }
   
      
      if(contador_de_acionamento == 5)
      {
        printf("****************************** \n\r");
        printf("****************************** \n\r");
        printf("  Queda de Tensão! \r\n");
        printf("****************************** \n\r");
        printf("****************************** \n\r");
        contador_de_acionamento = 0;
        leitura_de_acionamento = 0;
      }
    
      
}

 

Schematic Capture - CPROJETOS GERALLeitor Alta TensãoEsquemaleitor_alta_tensao.pdf

[ViniciusKruz]

@Bruno Andrade Almeida  Tem uma prática de programação no seu código que não é nada aconselhável e isto com certeza está te fazendo perder muito tempo, só não sei é se esta demora está chegando a atrapalhar, mas de qualquer maneira seria bom você mudar isto:

 

Sua rotina de interrupção está assim:

#INT_EXT
void  EXT_isr(void) 
{ 
      varredura_leitura_sensor_choque();   
}

 

E o mais viável seria assim:

bool interrupt=false;

#INT_EXT
void  EXT_isr(void) 
{ 
	if(interrupt==false) interrupt=true;  
}

Desta forma sua interrupção apenas vai sinalizar que houve uma mudança de estado e no main.c ficaria a chamada da rotina caso esta interrupção tenha acontecido:

 

while(TRUE)
{
	if(interrupt){
		varredura_leitura_sensor_choque();
		interrupt=false;
	}

    pisca_led(0,0);   
    corte();
}

 

Desta forma aí, a sua interrupção não vai ficar travada até sua rotina ser executada. Isso é só uma dica mesmo e deve melhorar a execução do seu código e é provável que não resolva seu problema da medição.

 

Para fazer a leitura da tensão do pico(que é realmente a sua dúvida), eu te aconselharia armazenar este pulso em um capacitor, daí fazer a leitura à partir dele. Como você disse que já fez a redução de 10kv para 5v, está fácil, é só mandar esta pequena tensão para um capacitor e depois de fazer a leitura, coloca um dispositivo para descarregá-lo para que possa fazer uma nova medição.

 

Abraço.

 

 

 

 

[Bruno Andrade Almeida]

@ViniciusKruz Agradeço a dica, já adaptei aqui na programação, eu realmente havia pensado em fazer algo do tipo e colocar para fazer leitura da porta AN0 a cada 10us pra depois puxar o maior valor, porém tive um problema ao descobrir que a leitura analógica demora 100us sendo que o pulso demora 120us . Aí acabei nem fazendo, eu não sabia que desta forma eu economizo tempo de processamento, "Vivendo e aprendendo" agradeço muito a dica, irei sempre utiliza-lo nos próximos projetos!

[ViniciusKruz]

@Bruno Andrade Almeida Na verdade o tempo de processamento não será alterado, só o que muda é que a interrupção não fica parada, ou seja, enquanto você trata a interrupção externa, as outras interrupções ficarão livres. Uma interrupção só é acionada depois que a atual terminar, enquanto que na dica que te passei, fica tudo liberado.

 

4 minutos atrás, Bruno Andrade Almeida disse:

da 10us pra depois puxar o maior valor, porém tive um problema ao descobrir que a leitura analógica demora 100us sendo que o pulso demora 120us

Então, mas é exatamente por causa da velocidade do pulso que um capacitor vai resolver seu problema, imagina a situação, após dar o pulso, este pulso fica armazenado no capacitor, daí ao invés dele ser de 120us, vai ficar disponível até você descarregar o capacitor, entendeu?

 

A forma que estou sugerindo seria assim:

 

 

[aphawk]

3 horas atrás, ViniciusKruz disse:

@Bruno Andrade Almeida Na verdade o tempo de processamento não será alterado, só o que muda é que a interrupção não fica parada, ou seja, enquanto você trata a interrupção externa, as outras interrupções ficarão livres. Uma interrupção só é acionada depois que a atual terminar, enquanto que na dica que te passei, fica tudo liberado.

 

Então, mas é exatamente por causa da velocidade do pulso que um capacitor vai resolver seu problema, imagina a situação, após dar o pulso, este pulso fica armazenado no capacitor, daí ao invés dele ser de 120us, vai ficar disponível até você descarregar o capacitor, entendeu?

 

A forma que estou sugerindo seria assim:

<img class="ipsImage ipsImage_thumbnailed" data-fileid="144826" src="https://www.clubedohardware.com.br/uploads/monthly_2017_04/capac.png.359c8249bde65dfcceb329ffabfb9333.png" alt="capac.png.359c8249bde65dfcceb329ffabfb9333.png"/>

 

 

 

E quanto tempo vai demorar para esse capacitor se carregar através desse resistor e diodo ???????  Bem mais do que os 120 us !!!!!!

 

Isso não vai dar certo....

 

Paulo

[Bruno Andrade Almeida]

@aphawk Realmente, realizei o teste com vários capacitores e mesmo os de 1uF não carregavam, logo, não tinha mais uma saída, uma forma que eu identifiquei através de um sistema analógico que eu achei é usando um amplificador operacional para acionar a partir de determinada tensão, casando assim com o tempo exto para pegar o pico a pico do pulso, mas não consegui modifica-lo para usar junto ao PIC, estou realizando teste para poder ver se o campo estático criado pelo energizador de cerca não está afetando a leitura. Logo posto resultados...

[ViniciusKruz]

2 horas atrás, aphawk disse:

E quanto tempo vai demorar para esse capacitor se carregar através desse resistor e diodo ???????  Bem mais do que os 120 us !!!!!!

 

Isso não vai dar certo....

 

Paulo a ideia é que depois de ler a carga do capacitor ele precisa descarregá-lo :

6 horas atrás, ViniciusKruz disse:

este pulso fica armazenado no capacitor, daí ao invés dele ser de 120us, vai ficar disponível até você descarregar o capacitor,

 

Na verdade o resistor e o diodo é só uma forma simplista de demonstrar o circuito que carregará o capacitor.

 

1 hora atrás, Bruno Andrade Almeida disse:

Realmente, realizei o teste com vários capacitores e mesmo os de 1uF não carregavam

Só não carrega, se o circuito limitador da tensão estiver muito forte, tipo, uma resistência muito alta.

 

 

1 hora atrás, Bruno Andrade Almeida disse:

uma forma que eu identifiquei através de um sistema analógico que eu achei é usando um amplificador operacional para acionar a partir de determinada tensão, casando assim com o tempo exto para pegar o pico a pico do pulso

Mas com o AO, você só vai saber se ultrapassou certa tensão, mas quanto foi esse percentual não terá como saber. Nesse caso, um diodo zenner funcionaria da mesma forma.

[Bruno Andrade Almeida]

@ViniciusKruz Por incrível que pareça, o aparelho realmente lê tensão usando um inversor hex e um amplificado lm358, o aparelho acabou queimando durante testes (falha técnica, rsrsrs) está agora em manutenção, assim que voltar irei refazer o circuito da placa, pois o que montei estou achando que está com erro, pois algumas partes não consigo encontrar lógica.

 

Já em relação ao capacitor, irei realizar teste com um potenciômetro para identificar a resistência exata então!

[ViniciusKruz]

9 horas atrás, Bruno Andrade Almeida disse:

Já em relação ao capacitor, irei realizar teste com um potenciômetro para identificar a resistência exata então!

Só toma cuidado pra não medir a tensão com o PIC caso no capacitor tenha mais de 5v e você terá também que criar um mecanismo pra descarregar o capacitor após a leitura antes que outro pulso venha a carregá-lo novamente.

adicionado 0 minutos depois

9 horas atrás, Bruno Andrade Almeida disse:

Por incrível que pareça, o aparelho realmente lê tensão usando um inversor hex e um amplificado lm358

Eu não sabia que isto é possível!!

[Bruno Andrade Almeida]

Consegui esse tópico que está me ajudando muito!

 

 

[ViniciusKruz]

O @aphawk é muito bom com esses cálculos de eletrônica.

[Bruno Andrade Almeida]

@MOR ainda vive neste fórum? Será que ele aparecerá com uma luz?

 

To na dúvida em relação a essa alteração:

Spoiler

Com um pulso de 100us a cada 1s pode esquecer a opção com operacional retificado com capacitor e multímetro. O valor do capacitor teria que ser da ordem de alguns micro faradays. Talvez algumas dezenas de uF e mesmo assim a tensão no capacitor só alcançaria a tensão de pico após vários pulsos (segundos, já que a frequência deles é de 1Hz). A simulação demora muito pois a relação do período do pulso e da frequência é de 0,0001. Com um pulso tão estreito em relação ao período tive que reduzir em muito o período mínimo de amostragem (Time Step). Com isso, para se ter um gráfico demora muito.

A solução seria usar o resistor inferior do divisor resistivo conectado a uma porta analógica do uC e a um comparador rápido. A saída do comparador entraria em uma porta digital do uC para disparar uma interrupção, que esperaria uns 20us e leria a tensão do resistor inferior do divisor resistivo. Com um pulso de 100us, sobrariam menos de 80us para a conversão AD.

Ainda assim teria que incluir alguns capacitores no divisor, para ajustar a forma do pulso para quadrada. Sem os capacitores a forma fica integrada como um filtro passa-baixas, não havendo precisão na medida.

MOR_AL

 

[aphawk]

4 horas atrás, ViniciusKruz disse:

O @aphawk é muito bom com esses cálculos de eletrônica.

 

Eu nem preciso fazer cálculo para ver que carregar esse capacitor com pulsos de 120 useg e taxa de repetição de 1 Hertz vai ficar inviável ....

 

Os chineses vendem um aparelho que mostra "energias fantasmagóricas"que nada mais é do que um Mosfet cujo gate vai direto na ponta do sensor, seguido de um amp op amplificador, e a saída dele vai num miliamperímetro....

 

Não tem linearidade nenhuma, mas é bem sensível, e ele daria uma movimento na agulha a cada pulso.

 

Voltando ao tópico, acho que se fizer um divisor resistivo, e aplicar em uma série de comparadores rápidos, cujas saídas seriam ligadas a vários pinos de um Atmega da vida, poderia programar interrupção em todos esses pinos, e quando houvesse uma interrupção, verificaria primeiro o comparador de mais alta tensão, e ir baixando daí em diante.

 

Se todos acionaram, bastaria acionar um Mosfet que mudaria o divisor resistivo, fazendo a tensão aplicada aos comparadores ser 10 vezes menor

 

Se nenhum acionar, um outro Mosfet mudaria a escala novamente para a tensão ser 10 vezes maior.

 

Assim, no próximo pulso de tensão, a escala estaria melhor adaptada, e poderia medir a tensão usando o conversor A/D, iniciada por interrupção gerada pelos comparadores. Usando o Atmega fora da especificação, usando um clock no conversor A/D de 20 / 16 = 1.25 Mhz de clock, demoraria menos de 120 pulsos de clock para fazer a conversão, que equivale a 96 useg, o que permite ler o pulso,  mas teríamos de abrir mão da resolução de 8 bits e baixar para apenas 6 bits, com apenas 64 possíveis valores na leitura.

 

Acho que algo desse tipo permite uma boa ideia da tensão.

 

Paulo

 

 

[Bruno Andrade Almeida]

Sou meio leigo em relação a comparadores, estou dando uma olhada aqui, mas o que o comparador irá realizar com a onda? irá estende-la e transforma-la? tem algum circuito parecido que possa me mostrar? Qual comparador seria ideal para o circuito? perdoe-me a minha falta de informação sobre o assunto!

[ViniciusKruz]

@aphawk  Não havia me atinado para a questão da velocidade do pulso não ser suficiente para carregar o capacitor, dê uma olhada no circuito abaixo, nele eu coloquei uma segunda etapa para amplificação do pulso, será que assim funcionaria?

 

 

Caso possa funcionar, quais seriam os cálculos para dar certo?

 

 

Tinha um erro no PNP, foi corrigido.

[aphawk]

@ViniciusKruz ,

 

Um pulso tão curto precisa de um retificador muito rápido para carregar o capacitor em um só pulso...

 

Olhe primeiro do lado do microcontrolador : A impedância de entrada é de cerca de 50 Kohms, então não precisamos usar um capacitor tão grande, pode ser um na faixa de dezenas ou talvez centenas de nanofarads. Mas precisaria fazer os cálculos para polarizar também o primeiro transistor na região ativa, ou vai ficar não linear também.....

 

O que precisamos é um circuito do tipo Frequency Peak Meter.... normalmente é feito com dois amp ops naquela famosa configuração de retificador de onda completa, mas atinge apenas frequências de áudio. Porém, 120 useg equivale ao período de uma senóide de cerca de 8300 Hertz, então acho que deve funcionar sim , então acrescentamos um tipo de Sample and Hold na saída para manter o valor de pico por cerca de um décimo de segundo, já daria para ler sem problemas !

 

Enfim, nada como uma bancada pra fazer os testes kkkkkk !

 

Paulo

[Bruno Andrade Almeida]

@ViniciusKruzBoa tarde amigo, seu esquema mais simples, usando apenas um capacitor, consegui coloca-lo para funcionar, fez uma onda de boa amplitude, que irei colocar depois no Amp Op para transforma-lo em onda quadrada, o circuito e também a imagem do osciloscópio seguem abaixo, o capacitor não chega a carregar totalmente, porém estou utilizando a meia carga dele, tive que alterar a saída de tensão para uma maior para no final ter uma saída de 0V a 1V.

 

 

Schematic Capture - CUsersNewlineDocumentsGerador de alta tensão.pdf

[MOR_AL]

Bom.

1 - O seu pulso, que dura 120us, não dura 120us. Deve estar acontecendo, que o seu pulso tenha a forma de uma exponencial crescente e rápida no início, até atingir o valor de pico da tensão. Em seguida esta tensão decai, também exponencialmente, mas com um tempo maior. O tempo de duração do pulso NORMALMENTE é dado quando a tensão (decrescente) alcança a metade da tensão de pico.

Em outras palavras. O valor de pico DEVE durar bem menos que os 120us.

2 - Se você já observou o pulso no osciloscópio, seria MUITO ÚTIL que você tirasse uma foto do mesmo e mostrasse aqui, para podermos te auxiliar.

3 - Outro detalhe MUITO importante. Observando sua postagem (#6) percebi que você não tem muita experiência com eletrônica analógica. Isso está claro, caso contrário não estaria pedindo auxílio, né? 

O que eu quero te dizer é que este pulso deve estar sendo gerado por uma fonte com alta impedância de saída, pois caso contrário, ele forneceria uma potência instantânea muito alta. Como não temos o circuito, é bem provável que seja assim, como eu menciono.

Um pulso rápido e com alta tensão EXIGE que seja visto no osciloscópio com uma PONTEIRA ESPECIAL, tanto em tensão, como em frequência. Caso contrário, usando um simples divisor resistivo, a forma da tensão na parte de baixa tensão, NÃO vai ser idêntica à forma na parte de alta.

Bom. Daí você já deve ter imaginado a dificuldade de medir esta tensão de pico, né?

Pergunto se seria TÃO necessário conhecer o valor, ou apenas ter uma noção de sua amplitude?

 

4 - Para medir esta tensão de pico.

4.1) Seu divisor resistivo TEM que ser compensado. Tem que haver capacitores em paralelo, tanto na parte de alta tensão, como na parte de baixa tensão. Os valores destes capacitores tem que ser o mínimo possível, caso contrário, a forma da tensão pode ser distorcida. 

A necessidade destes capacitores provém do fato de que a impedância de entrada do instrumento na parte de baixa tensão SEMPRE vai ter um componente capacitivo. Com os capacitores PODE-SE manter a forma da tensão original. Claro que o valor deste componente capacitivo TEM que ser o menor possível. Caso contrário, devido à alta impedância de saída da fonte que gera a alta tensão, ela pode, também ser distorcida nos componentes de mais alta tensão, que compõem este pulso.

Normalmente coloca-se um capacitor trimmer, de pequeno valor, para se ajustar o valor correto da forma de onda.

Usa-se uma fonte de baixa tensão, de onda quadrada, com um a dez mil Hertz. Ajusta-se o capacitor trimmer para observarmos a onda quadrada do gerador, porém com menor tensão.

Bom. Com este divisor de tensão, você obtém uma menor tensão, que é a imagem da forma de onda do pulso de alta tensão. Note, também, que você pode obter o quanto de atenuação este seu divisor de tensão fornece.

4.2 - Transformar este pulso em uma tensão proporcional ao valor de pico do pulso de alta tensão. A duração deste pulso deve ser suficiente para que ele possua um erro menor que o desejado. Claro que quanto menor for este erro, maior será a dificuldade para projetar o circuito. Este circuito é conhecido como "Sample and Hold" (S/H). Uma chave conecta o pulso a um pequeno capacitor, desconectando em seguida. Como seu pulso é rápido, apenas um circuito S/H não ajudaria muito, já que você não saberia o exato instante que a chave deveria desconectar a fonte do capacitor.

Aí você tem um outro problema, né?

4.2 - Você precisaria de um circuito, que carregasse o capacitor do S/H com a tensão de pico. Então, substitua a chave do S/H por um diodo rápido. 

Mas ainda assim, devido ao capacitor, que é necessário para segurar o valor de pico por um tempinho suficiente para a tensão de pico poder ser medida, sua tensão PROVAVELMENTE, ainda não pôde ser carregada integralmente. Que fazer então?

Bom. Ainda há uma alternativa, caso seu pulso de alta tensão seja repetitivo com uma taxa relativamente normal, algo como 100Hz.

4.3 - Já que o capacitor não se carrega com a tensão de pico (na baixa tensão), pode-se medir a tensão de pico neste capacitor, SE:

- Os pulsos forem repetitivos.

- Possuírem o mesmo formato.

- A resistência em paralelo (Thevenin) com o capacitor não o descarregue além do valor do erro desejado.

Simplesmente deixe o circuito ir carregando o capacitor. Após alguns pulsos, a tensão no capacitor já deverá estar bem próxima do valor de pico.

 

Como você pode ver, não é nada fácil medir CORRETAMENTE este valor de pico.

Existem circuitos integrados que fazem isso. Eu não saberia te informar qual, mas o "tio Google"sim.

Minha contribuição para este seu problema termina aqui. Você já tem informação suficiente para poder resolvê-lo.

Bons Projetos.

MOR_AL

[aphawk]

@Bruno Andrade Almeida ,

 

Pelo que você explicou no início de seu post, você quer medir a tensão. Então precisa de algum tipo de circuito que seja linear.

Não vejo como ser linear um circuito desse tipo que você está usando, onde só a queda do diodo é de 0,7 Volts e ainda assim levemente exponencial.

 

O @MOR deixou bem claro as dificuldades na medição.

 

Paulo

[Bruno Andrade Almeida]

@aphawk minha principal missão no momento está sendo pegar a queda de tensão, depois que eu conseguir pegar a queda de tensão no pic irei efetivar a leitura da tensão, dividindo assim estou tendo melhor resultado, já que com o amp op nesse circuito eu acho que já vou conseguir ver a queda na porta analógica, depois se eu fizer um calculo basico de regrinha de três eu n consigo pegar a tensão pelo PIC? Tipo, se a tensão máxima do pulso é de 5V  depois do circuito e 10kv antes para x tenho y, coloco essa equação convertendo os valores no pic [ Y = (10000 * X) / 5 ].

[aphawk]

@Bruno Andrade Almeida ,

 

O problema é que justamente por não ser linear você não vai poder usar a famosa regrinha de três !!!!

 

Lembre-se do diodo que está em série, ele causa uma queda de 0,7 Volts ( depende do diodo... ) e isso causa a não linearidade.

 

Outra coisa para você pensar : se de uma cerca para outra mudar a largura de pulso, seu circuito vai errar a leitura na mesma proporção, pois ele é um integrador e não um detetor de picos.

 

Paulo

 

 

[Bruno Andrade Almeida]

@aphawk Mas realizei o teste usando o osciloscópio e uma fonte chaveada, onde consigo controlar a tensão de entrada no gerador de pulso e assim controlar a saída para poder realizar o teste, fiz o teste de 5kv até 10kv e consegui pegar a alteração no osciloscópio, irei fazer o teste novamente e tirar foto das alterações de tensões para mostrar a vocês, (obs: esse diodo é somente uma ponte para poder pegar apenas o pulso positivo, pois o gerador é CA, agora estou usando também um zener 6V8 do terra para a saída do circuito para poder controlar a tensão de entrada na porta do pic).

 

1 hora atrás, aphawk disse:

Outra coisa para você pensar : se de uma cerca para outra mudar a largura de pulso, seu circuito vai errar a leitura na mesma proporção, pois ele é um integrador e não um detetor de picos.

 

 

Por isso pretendo colocar um Amp Op, assim consigo amplificar a tensão máxima do pico de forma a virar uma onda quadrada que vai de 5v a 0v, sendo que volta a 0v somente qunado a curva do pulso atingir 1V, e em caso de alteração de tenão, ee irá atuar da mesma forma, a diferença é que a tensão máxima da onda será proporcional a queda (sou ruim de explicar por isso irei realizar testes, e um desenho exemplificando o que estou tentando fazer) em relação a largura de pulso ser alterada entre uma cerca e outra não acontece, pois para cada gerador de pulso vai ter apenas uma placa leitora identificando a saída do outro lado, para saber se não está tendo problemas de funcionamento, e assim realizar manutenção antes mesmo do problema aumentar.