Projeto RAGIO

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Atualizado em 15/02/2017

Sistemas

Nosso projeto é constituído por diversos subsistemas, normalmente gerenciados por um ou mais Arduinos, e de Placas especiais

Subsistema 1 - Painel de Controle

Mostra as informações, e permite alterar as configurações dos sistemas embarcados.

Para isso, possui entradas de informação, como teclado alfanumérico e interruptores individuais

Também tem displays, que fornecem as informações desejadas, e LEDs indicadores de funcionamento

Subsistema 2 - Controle do Motor

Controle do acionamento do motor elétrico

Recebe os sinais do Acelerador, micros dos pedais, chave de contato/partida, sensores de velocidade, RPM, temperatura do motor, processa-os e gera o sinal de controle para o CVE que, por sua vez, controla o motor trifásico de tração, e seu sistema de ventilação;

Faz também o controle dos Contactores de potência

Fornece também dados e indicações do Velocímetro, Tacômetro, Tacógrafo, Consumo, Tensão do Pack de baterias, corrente consumida pelo mesmo, temperatura, e demais dados gerais do veículo.

Esse subsistema utiliza as seguintes Placas

1 - Placa Alimentação e Controle dos Contatores
Essa placa é tipo interface, e comanda os contactores de potencia NA e NF
Alimentada por Vauto, isola pelo diodo  Schotky VAuto de VControl condicionando sua tensão, filtrando ruídos, e estabilizando sua saída.
VControl fornece os 12 V para acionar os Relés, e as tensões 5V e 3,3V para os Arduinos
Possui LEds indicadores de funcionamento.
Utiliza bornes de entrada e saída, devido às correntes mais elevadas.

Possui saídas para alimentar as outras placas

Conexões

Entradas : VAuto, Comum (Terra, Chassi), Chave Contato, Chave Ignição
Saídas : VAuto, VControl, Comum (Terra, Chassi), +5V , +3,3V, Bobina NA e Bobina NF
2 - Placa Entradas e Saídas

Essa placa é tipo interface, e alimenta o Acelerador com 8V, condiciona a tensão de saída do acelerador para 0-3,3 V, mede a tensão das baterias VAuto, VControl e VPack, dos shunts que permitem a medição de corrente nessas baterias, dos sensores de temperatura, dos sinais dos sensores de efeito Hall que medem Velocidade e RPM, dos micros da pedaleira, interruptores do painel, etc.
Fornecem também saída de tensão condicionada (VAcelerador) para o CVE, saída de tensão (PWM) para o indicador de "Combustível", saída PWM para campainha (Buzzer), e um contato de relê para alimentação do ventilador elétrico de refrigeração do motor de tração, temporizada, acionada por limite de corrente, temperatura, chave Turbo ou Emergência acionadas.
Todas as entradas e saídas são monitoradas por LEDs. visíveis através do acrílico do Painel de Instrumentos.
Possuem conectores em linha, para cabo ribbon, por onde os sinais são transmitidos para o Computador de Bordo
É fixada no painel do veículo por meio dos dois potenciômetros que controlam o brilho e o contraste dos displays.

Conexões

Entradas :
Alimentação: VPack, VAuto, VControl (+12V), +5V , +3,3V, Comum (Terra, Chassi)
Acelerador : +8 V, Potenciômetro, C, NA e NF do micro do acelerador.
Pedaleira: Comum dos Micros, NA Embreagem, NA Freio
Sensor Temperatura Motor : +, - e Saída
Sensor Temperatura CVE : +, - e Saída
Sensor Temperatura Carregador 12 : +, - e Saída
Sensor Temperatura Carregador 13 : +, - e Saída
Sensor Temperatura Bateria 12 : +, - e Saída
Sensor Temperatura Interna : +, - e Saída
Sensor Temperatura Externa : +, - e Saída
Potenciômetros de Brilho e de Contraste dos Displays

Saídas:
Tensão de Aceleração
Medidor analógico de combustível (original do veículo)
Campainha (Buzzer) para alertas

As tensões de Aceleração e de alimentação do Medidor de Combustível são criadas pelo Conversor DA (Módulo Saída Analógica Pwm 0-5v 0-10v 4-20ma - Arduino), a partir do sinal PWM fornecido pelo Arduino

O circuito possui um filtro RC na entrada com freqüência de corte Fc = 1,6Hz. Ou seja, é necessário que o sinal PWM tenha uma freqüência superior a 1,6 Hz

O Buzzer é alimentado por uma saída PWM, sendo que a cada alerta corresponde um sinal sonoro (ISA18)

Subsistema 3 - Controle de Carga de Baterias

O sistema de controle do Carregador de Baterias é efetuada por um Arduino MEGA, que controla a medição CA e gerencia os Arduinos UNO que fazem os controles CC

Um Arduino MEGA gerencia a comunicação com os outros Arduinos, enviando um sinal de seleção para habilitar a transmissão dos dados por cada cada Arduino UNO

Assim ele recebe e registra as tensões e correntes de alimentação CC dos carregadores

Ele também registra os tempos de carga, de descarga e de descanso das baterias, e as tensões e correntes de entrada (CA),  para calcular o consumo de energia elétrica (kVA) e seu custo

Para isso. utiliza um  modulo RTC e um cartão SMD

O controle de tensão e corrente de carga será efetuado por 13 Arduinos UNO, que farão o controle independente de cada fonte  chaveada, e sua bateria.

Cada Arduino UNO, controlador dos módulos de potencia se comunica com os outros, e com o computador de bordo usando Acopladores Óticos, que os isolam, já que as tensões são elevadas.

Cada Arduino UNO deve ler as tensões e as correntes (tensão medida nos shunts) de sua bateria, e regular a tensão corrente de cada fonte / carregador, individualmente, assegurando oferecer as tensões e correntes otimizadas para a carga das Baterias.

Deve também monitorar a temperatura das fontes, e das baterias. e coletar e armazenar esses dados para a confecção dos gráficos, e o controle de Consumo

NOTA 1: Um cuidado especial deve ser tomado quanto à isolação galvânica das entradas (Monitor) e saídas (Controle de Carga), visto que as baterias não tem negativo comum, elas são ligadas em série !

A comunicação com os Arduinos dos Controladores de Baterias apresenta uma peculiaridade :

Como o comum  de cada Arduino apresenta potencial variável, podendo chegar até 150 V, a interface serial apresenta isolação galvânica, obtida por meio de acopladores óticos.

Assim, cada Arduino controlador dos módulos de potencia se comunica com os outros, e com o computador de bordo usando Acopladores Óticos, que proporcionam um isolamento galvânico.

NOTA 2:

A comunicação com os Arduinos dos Controladores de Baterias apresenta uma peculiaridade :

Como o comum  de cada Arduino apresenta potencial variável, podendo chegar até 150 V, a interface serial apresenta isolação galvânica, obtida por meio de acopladores óticos.

No mais, sua operação é trivial.

A parte de potência é feita por duas placas, bem distintas:

Controle de Corrente Alternada - Controla a alimentação dos carregadores, e mede o consumo de energia

Esse subsistema utiliza as seguintes Placas

3 - Placa Medição CA  (Corrente Alternada)
Essa placa fica protegida por uma caixa plástica transparente, que será instalada junto às baterias e carregadores.
Ela efetua a medição dos sinais vindos da Placa de Medição CA via cabo ribbon.
Com esses dados, o Arduino faz a medição da energia consumida na carga das baterias.
Com os dados da medição CC da descarga das baterias, eles permitem um cálculo preciso da autonomia do veículo, e o custo por km.
Mostra essas informações num display 4x20, e as envia para o Computador de Bordo
O ajuste e controle do Controle de Carregadores é feito pelo Teclado matricial 4x4.
Possui bornes com parafusos, conectores Ribbon e um interruptor Mono / Trifásico
Essa placa  possui três transdutores para medição da corrente alternada (fases R, S e T) Módulo Sensor de Corrente não invasiva AC TA12-100, e três medidores de Tensão Alternada isoladas da rede por transformadores.
 

Referencia de projeto:
http://www.slideee.com/slide/arduino-day-2014-construindo-um-medidor-de-consumo-de-energia-conectado-a-nuvem-com-arduino

http://openenergymonitor.org/emon/buildingblocks

Controle de Corrente Contínua - Controla a carga das baterias

Utiliza 13 fontes chaveadas, e 13 placas de controle

4 - Placa Controle de Carregadores (Corrente Contínua)
Essa placa é fica protegida por uma caixa plástica transparente, e será instalada junto às baterias e carregadores.
Ela utiliza bornes para entrada de fios singelos, que são ligados às baterias e carregadores.
Possui saídas de tensão de baterias e de shunts, e de VPack, com resistores limitadores de corrente, e LEDS.
Possui LEDS, para indicar as tensões, e resistores limitadores de corrente, para segurança
Ela também mede as tensões e correntes das baterias, utilizando as entradas analógicas 1 e 2 de um Arduino MEGA.
Ele calcula a energia disponível nas baterias, e também controla individualmente a alimentação cada um dos carregadores, otimizando a carga das baterias.
As tensões e correntes das baterias, são medidas por um Arduino MEGA, que são transmitidos para o Computador de Bordo
Com os dados da medição CA da Carga das baterias, eles permitem um cálculo preciso da autonomia do veículo, e o custo por km.
O ajuste e controle das placas é feito pelo Teclado do Computador de Bordo.
 

Subsistema 4 - Sistemas de Comunicação - Interliga os Arduinos, possibilitando a troca de informações entre eles, e inclusive com o mundo exterior.

Subsistema 5 - Computador de Bordo

Esse sistema coleta, centraliza e grava os dados recolhidos pelos diversos Arduinos, processa-os, gerando novas informações úteis, e a partir delas gera Relatórios de auditoria do sistema, no formato texto, gráfico ou página WEB.

Todos os dados são gravados em cartões de memória, e tem um timestamp com a data e a hora em que foram coletados, gerado por um relógio RTC (Real Time Clock)

Os dados são continuamente transmitidos pela Internet para o servidor do site WEB do projeto, com o veículo em uso, parado, ou mesmo sendo recarregado.

Caso haja interrupção deste acesso, eles ficam numa fila, aguardando o retorno da conexão, quando serão enviados.


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Contate Horacio Belfort

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