Na Figura 44 está apresentado o circuito básico para o funcionamento de um microcontrolador. Os capacitores C1 e C2 aliados ao cristal X1 atuam como a base de tempo externa para o correto funcionamento do PIC.
Figura 44. Circuito esquemático PIC1 (Valim e Ufonte)
O conector LCD_1 representa o conector para ligação do PIC com o display LCD 20x4. O potenciômetro indicado no LCD1 serve para o ajuste do contraste do display. Observa-se que são utilizadas 4 entradas de A0 à A3. A Entrada A0 é a entrada analógica do sensor. Entretanto como comentado, a saída do inclinômetro é um sinal de corrente de 4 a 20 mA. Como o PIC em questão não consegue ler esse sinal de corrente, foi necessário colocar um resistor de 250Ω em paralelo à saída do sensor para que então
o microcontrolador pudesse ler a tensão aplicada sobre a resistência (Figura 45). Pela Lei de Ohm, para o sinal de saída do sensor variando entre 4 a 20 mA, a tensão lida sobre uma resistência de 250Ω variará entre 1 e 5 V, podendo ser perfeitamente lida pela entrada analógica do PIC. A alimentação do sensor foi feita a partir de uma fonte chaveada de +15V.
Figura 45. Circuito esquemático do resistor em paralelo na saída do inclinômetro
As entradas A1, A2 e A3 são utilizadas como entradas digitais para chaves de 2 posições Figura 46. A entrada A2 recebe GND quando a chave é comutada colocando o programa do sistema no modo manual. Da mesma forma, a entrada A2 também recebe GND quando é comutado o botão de “habilita disparo”. Por fim, quando o botão do gatilho está fechado, o pino A3 comuta para GND e o sistema é “disparado”. Cada uma dessas chaves quando desligadas enviam 5 V aos seus respectivos pinos.
Figura 46. Circuito esquemático dos botões de acionamento
Na Figura 44 ainda é possível observar os pinos 25 e 26 responsáveis pela comunicação serial desse microcontrolador. Através desses pinos o programa inserido no PIC podia ser carregado sempre que houvesse necessidade de alterar algum
parâmetro de soldagem entre um ensaio ou outro. Nos pinos 19 e 20, pode-se observar duas saídas digitais intituladas “dir Valim” e “pulse Valim”. Essas saídas como sugere o nome são responsáveis por acionar um circuito (que será ainda comentado) que faz o ajuste da velocidade de alimentação de arame. Por fim, o pino 17 é responsável por acionar um circuito (que será ainda comentado) que faz o ajuste da tensão de soldagem.
Na Figura 47, está representado o circuito responsável por fazer a comunicação serial do PIC1 e PIC2. Ambos microcontroladores são regravados a cada parâmetro de soldagem alterado para a realização de uma soldagem. Com isso, para se facilitar esse processo de gravação, utiliza-se o circuito integrado MAX232 que faz a comunicação entre um PIC e uma porta serial. Como se grava um PIC por vez, foi elaborado apenas um circuito com a MAX232 e colocada uma chave comutadora para o circuito ora ficar disponível para a comunicação do PIC1 com a serial, e ora a comunicação ficar para o PIC2.
Figura 47. Circuito esquemático da MAX232 para o PIC1 e PIC2
Conforme comentado no item 5.1, para o controle externo da fonte de soldagem é necessária uma tensão de controle entre 0 e 10Vdc. Apesar do PIC16F877A não possuir nenhuma saída analógica, este possui duas saídas PWM (Pulse-Width Modulation). Sabe-se que ao ligar uma saída PWM a um circuito dotado de um filtro RC passa-baixa de segunda ordem passivo (ALTER, 2008), é possível tirar o nível DC desse sinal (MICROCHIP, 1997). Em uma onda quadrada de 0 a 5 Vdc, por exemplo, ao passá-la pelo filtro, tem-se um sinal DC de 2,5V, já que uma onda quadrada tem 50%
da onda em nível alto (5 Vdc) e 50% em nível baixo (GND). Como o próprio nome diz, um sinal modulado por largura de pulso (PWM) permite a variação da parte positiva da onda (nível alto) de 0 a 100%. Assim, a partir de uma saída PWM (pino 17 do PIC1) é possível obter-se uma saída analógica de 0 à 5 Vdc. Na Figura 48, pode-se observar que a saída do pino 17 do PIC1 (PWM) passa por um filtro RC e o nível DC do sinal entra no pino 3 do amplificador operacional 741.
Figura 48. Circuito esquemático auxiliar para variação da tensão de soldagem
Como o sinal de controle para ajustar a tensão de soldagem na fonte da MILLER deve variar entre 0 e 10 Vdc, esse sinal que chega ao pino 3 do amplificador operacional 741 deve ser dobrado, já que somente pode variar entre 0 e 5 Vdc. Dessa forma, a ligação realizada para o 741 na Figura 48 é de um circuito dobrador de tensão. Após esse circuito, no terminal especificado por “Uin”, tem-se um sinal que pode variar entre 0 e 10 Vdc à medida que se varia a razão cíclica entre 0 e 100%.
Como dito anteriormente, os pinos 19 e 20 do PIC1 são duas saídas digitais intituladas “dir Valim” e “pulse Valim”. Diferentemente do sinal de controle para a tensão de soldagem que é analógico e deve ser enviado constantemente enquanto se estiver soldando, o sinal de controle para a variação da velocidade de alimentação é digital e somente deve ser enviado quando se desejar incrementar/decrementar o valor. Deve-se lembrar que este sistema estará funcionando como um encoder com dois canais de onda quadrada defasados de 90° um do outro, assim como o que originalmente é
acoplado ao botão de ajuste do cabeçote alimentador. Um circuito projetado para “simular” o funcionamento de um encoder é apresentado na Figura 49.
Figura 49. Circuito esquemático auxiliar para variação da velocidade de alimentação de arame
Neste circuito são utilizados 2 flip-flops do tipo D e duas portas XOR (ou exclusivo). Quando se deseja incrementar/decrementar a velocidade de alimentação de arame, uma sequência de pulsos é enviada pelo pino 20 do PIC1 (“pulse Valim”). Esse único pulso ao passar pelo circuito da Figura 49 dará origem a outros dois pulsos defasados de 90°, e com uma frequência 2 vezes menor. O que determinará qual sinal é adiantado em relação ao outro, é o outro pino “dir Valim”. Ou seja, para se alterar a velocidade de alimentação devem ser enviados o dobro de pulsos desejados (já que o circuito divide pela metade) e ainda selecionar se a saída do dir Valim será nível alto ou baixo, conforme se deseja aumentar o diminuir a velocidade de alimentação.
O pino de saída do circuito da Figura 48 e os dois pinos de saída da Figura 49 (ChA e ChB) teoricamente já poderiam ser conectados ao circuito da fonte da Miller. Entretanto, para que eles funcionassem seria necessário conectar o terra (GND) do PIC1 aos terras analógico (circuito de tensão) e digital (circuito da velocidade de alimentação) do cabeçote. Além de acabar curto-circuitando os terras analógico e digital do circuito de controle do cabeçote da Miller, o que não é conveniente aja vista eles serem distintos, caso ocorresse um eventual curto, ou mesmo mau funcionamento por parte do PIC1, os circuitos do cabeçote seriam afetados e consequentemente danificados. Por este motivo se faz necessário utilizar circuitos de proteção que façam o acionamento do cabeçote a partir do PIC1, mas sem que eles estejam conectados fisicamente. O circuito
apesentado na Figura 50, exemplifica o circuito utilizado tanto para ligação do sinal digital (velocidade de alimentação) como do sinal analógico (tensão de soldagem).
Figura 50. Circuito esquemático do circuito de proteção para ligação do PIC1 no cabeçote
Para o isolamento do sinal digital foram utilizados dois CI 4N25 (um para o ChA e outro para o ChB) que é um isolador óptico formado por um LED emissor e um foto-transistor. Quando sua entrada (pino 1) é excitada, ou seja, quando tem-se nível alto no canal A ou B, o led emissor aciona a base do foto-transistor fazendo com que a saída (pino 4) seja “igual” ao pino 5 que está ligado à uma outra fonte de 5V (esses 5V é tirado do próprio circuito digital do cabeçote; é esse sinal que alimenta o encoder HRPG-AD32 da Figura 41). Com isso, na saída também tem-se nível alto, entretanto, advindo de outra fonte de alimentação e portanto não estabelecendo nenhum contato “físico” entre o circuito acionador e o que é acionado. Observa-se que o terra ligado ao pino 2 dos circuitos U8 e U9 é distinto do “GND2 (digital – Miller)”.
Já para o isolamento do circuito de tensão, o CI 4N25 não pode ser utilizado, uma vez que sua saída ou é “zero” ou “um” (digital), sendo impossível varrer uma faixa entre esses valores. Assim, utilizou-se o ISO122 que é um CI isolador indicado para
sinais analógicos uma vez que sua saída é proporcional a entrada. Entretanto, esse CI exige uma alimentação simétrica (+15V e -15V) na entrada e na saída. Observa-se mais uma vez que o terra de entrada (pino 16) é distinto do terra de saída (pino 8) que é o terra ligado ao circuito analógico do cabeçote alimentador. Com isso, o circuito do PIC1 também fica desacoplado do circuito do cabeçote, e caso ocorra algum curto, apenas o ISO122 se danificará deixando o circuito do cabeçote intacto.