Automatização e Monitoramento com Arduino Parte 4 – Sensores de Tensão AC

Olá pessoal, dando continuidade em nossa série de post’s sobre automatização de baixo custo utilizando Arduino.

Neste post estaremos abordando a construção dos sensores de corrente alternada, utilizados nos seguintes itens em nosso projeto.

  • Tensão da rede elétrica (Mono ou Bifásico)
  • Tensão de saída AC (Tomada do Nobreak)

Conceitos básicos da construção

Basicamente vamos desenvolver um sensor que receberá em sua entrada uma tensão provinda da rede elétrica, aproximadamente 127 volts, na forma de corrente alternada, transformando este sinal em corrente contínua e limitando com segurança sua saída, não permitindo ultrapassar a tensão máxima de 5 VDC, suportada pela porta analógica do ARDUINO, tendo como finalidade a ocorrência de variação de tensão na entrada do sensor, a alteração ocorrerá na saída do sensor de forma proporcional.

Exemplificando: Se obtivermos uma tensão de 250 VAC, o sensor retornará em sua saída uma tensão de 5 VDC, injetando esta tensão em uma das portas analógicas do ARDUINO, teremos uma resolução de 1023.

Para os colegas que estiverem em dúvidas leia o 3º post desta série clicando aqui, do qual o assunto relacionado são portas analógicas.

Resumo Geral

Como expliquei anteriormente não sou nenhum guru em eletrônica, mais muitos amigos me ensinaram a pescar e não me deram o peixe. As principais dúvidas e questões que me cercaram foram as seguintes.

  • Isolação e proteção da rede elétrica, talvez minha principal preocupação, pois qualquer deslize colocaria todo projeto em risco devido a queima do ARDUINO.
  • Calibragem do sensores, como é utilizado alguns componentes para proteção do ARDUINO, parte da linearidade é perdida, sendo necessário utilizar-se de fórmulas para obter maior precisão nas leituras.

Em diversas pesquisas, encontrei vários sensores, alguns robustos utilizando optoacopladores, outros mais simples utilizando apenas resistores (com grande risco pois somente resistores não forneceriam proteção galvânica da rede, em caso de um pico ou centelhamento o ARDUINO seria danificado).

O conceito deste circuito não é precisão conforme já dito acima, também não estaremos trabalhando com leituras verdadeiras da rede (True RMS), os valores obtidos com as amostragem serão equivalentes ao valor eficaz da tensão da rede.

Vasculhando pela web, encontrei dois projetos que me chamaram a atenção, um desenvolvido pelo Marcelo Cuin e outro pelo Rodrigo Borges.

Construção e componentes

Segue abaixo o esquema para a construção do sensor de AC.

esquema-ac

Projeto de autoria de Ricardo Borges

Basicamente a tensão da rede é atenuada por um trafo TR1 de 100mA para 12V + 12V AC, ligado a rede elétrica pelo tap de 220v para maior segurança (como nossa principal aplicação é medir 127 VAC), e também atua como proteção galvânica da rede viva. O Varistor Z1 é utilizado no primário do trafo, protegendo contra surtos de tensões (sobretensão), e o fusível F1 atua na proteção de sobrecorrente.

Logo após ocorre a retificação completa da onda pelos diodos (D1 e D2), o capacitor C1 atua como filtro, extraindo o valor médio da tensão.

Em seguida teremos um divisor resistivo composto pelos resistores (R2 E R3) e pelo trimpot R5 da qual sua função é atenuar a tensão da divisão resistiva, equalizando a tensão dentro dos limites da porta analógica do ARDUINO (tensão máxima de 5 VDC). O trimpot pode atuar como ajuste fino do sensor.

Após a divisão resistiva, teremos o sistema de proteção que é composto pelo resistor R4 e o diodo zener D4, se ocorrer qualquer atividade de sobretensão no circuito a tensão de saída não ultrapassará de 5,1 VDC (ceifados pelo diodo zener D4).

Logo após em outro post vou explicar como tratar via software no ARDUINO os valores de tensão, provindas do sensor, será aplicada a fórmula de conversão, para obtermos a tensão nominal da rede elétrica, desta forma já podemos utiliza-lá em nosso projeto.

Créditos destinados ao Rodrigo Borges (Vitória – ES) e Marcelo Cuin.

Por hoje é só pessoal, em nosso próximo post abordarei a construção do sensor DC, utilizando para verificar a tensão da bateria do nobreak.

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5 comentários sobre “Automatização e Monitoramento com Arduino Parte 4 – Sensores de Tensão AC

  1. Olá colega,
    Estou desenvolvendo minha estação meteorológica com arduino+bmp180+dht22 e gostaria de ter os dados de ponto de orvalho. Vi que vc utilizou essa função mas estou com dificuldade de implementá-la. Tens o dom de dar uma luz de como fazer, os includes necessários como chamar essa função, enfim…estou iniciando com arduino agora, mas já tenho minha aplicação lendos os valores de temperatura, umidade, e pressão…agora quero implementar o dewpont tb sacou?

  2. sou radio amador pp5imf de criciúma santa catarina estudante de mecatronica, estou fazendo um projeto com arduino e um shild ethernet para monitoramento de consumo de energia, voce tem alguma dica?

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