Desenvolvimento de Um Transdutor Lvdt e Datalogger Para o Phytomonitoring

7/27/2019 Desenvolvimento de Um Transdutor Lvdt e Datalogger Para o Phytomonitoring

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UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN UTFPR

DIRETORIA DE GRADUAO

TECNOLOGIA EM MANUTENO INDUSTRIAL

ANDERSON MIGUEL LENZ

WELDER SIENA

DESENVOLVIMENTO DE UM TRANSDUTOR LVDT E DATALOGGERPARA O PHYTOMONITORING.

TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO

MEDIANEIRA2013


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ANDERSON MIGUEL LENZ

WELDER SIENA

DESENVOLVIMENTO DE UM TRANSDUTOR LVDT E DATALOGGERPARA O PHYTOMONITORING.

Monografia apresentada como requisitoparcial obteno do ttulo de Tecnlogoem Manuteno Industrial, da UniversidadeTecnolgica Federal do Paran UTFPR Campus Medianeira.

Orientador: Prof Me. Yuri Ferruzzi

MEDIANEIRA

2013


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Ministrio da EducaoUniversidade Tecnolgica Federal do Paran

Cmpus MedianeiraDiretoria de Graduao e Educao Profissional do

Curso Superior de Tecnologia em ManutenoIndustrial

TERMO DE APROVAO

DESENVOLVIMENTO DE UM TRANSDUTOR LVDT E DATALOGGERPARA OPHYTOMONITORING

Por:

Anderson Miguel Lenz

Welder Siena

Este Trabalho de Concluso de Curso (TCC) foi apresentado s 15:30 h do dia 05

de abril de 2013como requisito parcial para a obteno do ttulo de Tecnlogo no

Curso Superior de Tecnologia em Manuteno Industrial, da Universidade

Tecnolgica Federal do Paran, Cmpus Medianeira. Os acadmicos foram

arguidos pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados.

Aps deliberao, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.1

Prof. MeYuri FerruzziUTFPR CmpusMedianeira

(Orientador)

Prof. Me. . Alberto Noboru MyiadairaUTFPR CmpusMedianeira

(Convidado)

Prof. Me.Me. Filipe MarangoniUTFPR CmpusMedianeira

(Convidado)

Prof. Yuri FerruzziUTFPR CmpusMedianeira

(Responsvel pelas atividades de TCC)

1Nota: A verso deste termo de aprovao com as assinaturas encontra-se na secretaria decoordenao de cursos.


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RESUMO

LENZ, Anderson Miguel e SIENA, Welder. Projeto desenvolvimento de um sensor

LVDT (Linear Variable Differential Transformer) e sistemas de: alimentao,

adequao e aquisio de sinal do dispositivo (Tecnologia em Manuteno

Industrial) Universidade Tecnolgica Federal do Paran. Medianeira, 2012.

O sensoriamento representa um importante papel na agricultura, devido a crescente

demanda na alimentao e a dificuldade de mensurar ou diagnosticarcomportamentos que designem um problema, ou otimizem o desenvolvimento de

culturas. A agricultura de preciso proporciona a evoluo nesse conceito, pois este

modelo de cultivo aborda a insero de sistemas capazes de estimar parmetros de

controle. Contudo o propsito desse trabalho apresentar a construo de um

transdutor LVDT, junto ao seu princpio de funcionamento e informaes relativas ao

processo de desenvolvimento, modelagem de ensaio e resposta de sinais de

posicionamento do ncleo do LVDT.

Palavras-chaves: Agricultura de preciso, Desenvolvimento de culturas, Sistemas

Eletrnicos, Phytomonitoring,


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ABSTRACT

LENZ, Miguel Anderson and SIENA, Welder. Project development of a sensor LVDT

(Linear Variable Differential Transformer) and systems: signal acquisition device

(Technology in Industrial Maintenance) - Federal Technological University of Paran.

Medianeira 2012.

Nowadays sensors represents an important role in agriculture, due to growing

demand in feed and the difficulty of measuring behavior that designate or diagnose a

problem or optimize the development of cultures. Precision agriculture provides theevolution of this concept, because this model addresses the growing integration of

systems capable of estimating control parameters. However the purpose of this

paper is to present the construction of an transducer LVDT, with its principle of

operation and information relating to the process of development, testing and

modeling of response signals for positioning the core of the LVDT.

Keywords: Prec Agriculture, Development of growing, Electronic Systems,

Phytomonitoring


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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1. EXPOSIO DA FORMA FUNCIONAL DO SENSO ............................. 13FIGURA 2. ENCAPSULAMENTO E ELEMENTO DE INSERO DE RESINA PARAPROTEO DE CONEXES. .................................................................................. 15FIGURA 3. ILUSTRAO DO ELEMENTO CARRETEL .......................................... 16FIGURA 4. EXPOSIO DOS CIRCUITOS MAGNTICOS .................................... 17FIGURA 5. CARRETEL DO LVDT APS ENROLAMENTO DOS CIRCUITOSMAGNTICOS .......................................................................................................... 18FIGURA 6. MODELO DE FIXAO UTILIZADO ...................................................... 19FIGURA 7. COMPARAO ENTRE OS SISTEMAS DE FIXAO ......................... 19FIGURA 8. CIRCUITO OSCILADOR UTILIZADO PARA ALIMENTAO DOSENSOR. .................................................................................................................. 21FIGURA 9. COMPARAO DE TRANSFERNCIA DE POTNCIA ........................ 22FIGURA 10. CIRCUITO DE EXCITAO PARA O TRANSDUTOR ......................... 23FIGURA 11. DIAGRAMA DE BLOCOS PARA CONDICIONAMENTO DE SINAL .... 24FIGURA 12. CIRCUITO DE ACOPLAMENTO E AMPLIFICAO DO SISTEMA DECONDICIONAMENTO DE SINAL ............................................................................. 26FIGURA 13. ILUSTRAO DAS FORMAS PASSO A PASSO DO SISTEMA DETRATAMENTO DE SINAL (CONDICIONADOR) ...................................................... 27FIGURA 14. CONFIGURAO SUBTRATORA ....................................................... 27FIGURA 15. CIRCUITO DE ADEQUAO DE SINAL ............................................. 29FIGURA 16. COMPLEMENTO DO CIRCUITO DE ADEQUAO DE SINAL .......... 29

FIGURA 17. CONFIGURAES DE HARDWAREPARA DESENVOLVIMENTO DODATALOGGER......................................................................................................... 31FIGURA 18. CONFIGURAO DE HARDWAREPARA MEMRIAS DE DADOS .. 32FIGURA 19. SADAS OPTO-ACOPLADAS............................................................... 32FIGURA 20. HARDWAREDO DATALOGGER ......................................................... 33FIGURA 21. AMBIENTE DE DESENVOLVIMENTO MICROCHIP MPLAB .............. 35FIGURA 22. ESTRUTURA ELABORADA PARA AFERIO DO SENSOR ............. 38FIGURA 23. ESTRUTURA DE APOIO PARA AVALIAO DE CULTURAS AINDAJOVENS .................................................................................................................... 41FIGURA 24. SISTEMA UTILIZADO NO RESGUARDO DO SENSOR PARAATUAO EM CAMPO ............................................................................................ 42FIGURA 25. PLANTA EM ESTADO DE STRESS HDRICO..................................... 44FIGURA 26. REESTRUTURAO DO GIRASSOL. ................................................. 44


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LISTA DE GRFICOS

GRFICO 1. MODELO CARACTERSTICO DE RESPOSTA DE UM SENSOR LVDT.................................................................................................................................. 14GRFICO 2. REPETIO COM AS REGIES EXTREMAS NO LINEARES ........ 38GRFICO 3. PLOTAGEM DE ANLISES ................................................................. 39GRFICO 4. VARIAO DO DIMETRO DO CAULE CONFORMEACOMPANHAMENTO .............................................................................................. 43


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LISTA DE TABELAS

TABELA 1. ELEMENTOS UTILIZADOS NA CALIBRAO DO

TRANSDUTOR...........................................................................................................37 TABELA2. DADOS DE VERIFICAO DO ERROPERCENTUAL............................................................................................................40


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SUMRIO

1 INTRODUO ...................................................................................................... 102 OBJETIVOS .......................................................................................................... 112.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 112.2 OBJETIVO ESPECFICO .................................................................................... 112.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ........................................................................... 113 LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER (LVDT) ......................... 123.1 CONSIDERAES INICIAIS .............................................................................. 123.2 ENCAPSULAMENTO ......................................................................................... 153.3 CARRETEL ......................................................................................................... 163.4 CIRCUITOS MAGNTICOS EMISSOR E RECEPTOR ................................... 163.5 CATARACTERISTICA CONSTRUTIVA DAS BOBINAS .................................... 173.6 NCLEO ............................................................................................................. 183.7 FIXAO ............................................................................................................ 184 CIRCUITO DE ALIMENTAO EXCITAO .................................................. 204.1 CONSIDERAES INICIAS ............................................................................... 204.2 CIRCUITO DE EXCITAO DO LVDT - OSCILADOR ...................................... 204.3 CIRCUITO DE EXCITAO DO LVDT SEGUIDOR DE TENSO .................. 225 CIRCUITO DE ADEQUAO DE SINAL ............................................................. 245.1 CONSIDERAES INICIAIS .............................................................................. 245.2 CARACTERSTICA DE DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE ADEQUAODE SINAL .................................................................................................................. 255.3 SISTEMA DE ACOPLAMENTO E AMPLIFICAO ........................................... 255.4 SISTEMA DE RETIFICAO, FILTRAGEM E SUBTRAO ............................ 265.5 SISTEMA OFFSET, AMPLIFICAO E FILTRAGEM. ....................................... 286 SISTEMA DE AQUISIO DE DADOS ............................................................... 306.1 CONSIDERAES INICIAIS .............................................................................. 306.2 5.2 MICROCONTROLADOR PIC 18F4550 ........................................................ 306.3 DESENVOLVIMENTO DO SAD SISTEMA DE AQUISIO DE DADOS ....... 316.4 DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE ............................................................. 347 TESTE DE CALIBRAO DO SENSOR ............................................................. 367.1 CONSIDERAES INICIAIS .............................................................................. 367.2 METODOLOGIA DE CALIBRAO ................................................................... 36


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8 AVALIAES DO SISTEMA DE MONITORAMENTO POR LVDT, APLICADOA UM GIRASSOL. .............................................................................................. 41

9 CONCLUSO ....................................................................................................... 4510REFERNCIAS .................................................................................................... 46


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1 INTRODUO

A obteno de dados atravs de sensores proporcionam a expanso das

formas de aquisio das informaes de carter avaliativo, o que possibilita a

otimizao de recursos e processos. Com base nessa tendncia e necessidade de

automatizar processos, o presente trabalho tem como objetivo demonstrar a

construo e anlise de um transformador diferencial varivel linear (LVDT, do ingls

Linear Variable Differential Trasnformer) para avaliar o desenvolvimento de culturas,

caracterizado como phytomonitoring.

O phtyomontitoringsegundo JORAS, J.S.D.(2003) deriva-se em um dos casoscomo manejo adequado e eficiente da irrigao, onde se necessita dispor de

informaes sobre as condies hdricas do solo. Essas condies podem ser

obtidas por meio de um sensor LVDT que capta a contrao radial da planta

conforme as condies a qual esta submetida. Estas contraes para HINCKLEY

T.M and BRIKERHOFF D.N. (1975) advm do comportamento do caule das plantas,

que tem seu dimetro reduzido durante o dia, devido transpirao no ser

compensada pela absoro de gua, e durante a noite h o aumento do cauledevido absoro hdrica e pouca transpirao. Essa variao advinda da mudana

do potencial matricial proporciona a utilizao de sensores que captem a

movimentao.

Segundo DONGWON, Y. (2011) a utilizao de sensores de reatncia varivel

advm das vantagens, as quais se tratam da boa linearidade e ganho de tenso, o

que proporciona a mensurao de eventos. Assim o dispositivo de deslocamento

magntico permite mensurar precisamente posies, fazendo deste um dos maisdifundidos sensores de posicionamento usado em modo geral, devido forma de

aquisio, boa linearidade, e robustez. Estes atributos proporcionam ao sensor uma

variedade de aplicaes, como na indstria agrcola e mecnica, em centros de

pesquisa SPEZIA (2011).


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2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Desenvolver um sistema funcional de monitoramento do dimetro do caule deplantas, que seja capaz de avaliar o desenvolvimento de culturas atravs doarmazenamento de dados da variao do dimetro do caule.

2.2 OBJETIVO ESPECFICO

Estudar a aplicabilidade do sensor LVDT na agricultura e desenvolv-lo em

conjunto com circuito de alimentao, adequao e aquisio de sinal. Particionando

o sistema LVDT para desenvolver e avaliar cada etapa, integrando-os num projeto

final, que possibilite a funcionalidade do sensor e, por conseguinte a anlise de

culturas atravs de metodologias como o phito monitoramento.

2.3 ESTRUTURA DO TRABALHO

O trabalho foi estruturado de acordo com a sequencia de montagem dos

sistemas, onde primeiramente se faz o embasamento terico que srvio de base,

para que se fizesse a escolha dos materiais, as formas e o processo de fabricao

da parte mecnica, aps isso partiu-se para o desenvolvimento dos sistemas dealimentao e ajuste do sensor, e seguindo com o sistema de aquisio, e com

todas as etapas anteriores concludas o teste em campo do sensor.


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3 LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER (LVDT)

3.1 CONSIDERAES INICIAIS

A eficiente gesto das culturas conforme YUNSEOP (2011) uma preocupao

em muitos sistemas de cultivo, entretanto como uma forma de apoio a eficincia

agrcola, a utilizao de sensores vem se difundindo para permitir o controle do

sistema de irrigao e desenvolvimento, de forma a maximizar a produo,

otimizando o uso dos recursos agrcolas.

Como forma de otimizao de recursos, a obteno de dados pelo sistemaLVDT, atravs da variao de caule vem sendo considerada uma ferramenta em

potencial no manejo de culturas, pois possibilita uma resposta imediata, consistente

e confivel do estado hdrico da planta. O controle do sistema de modo geral ocorre

devido s culturas, em maior ou menor grau, respondem s condies variveis de

umidade do solo retraindo ou dilatando seu caule. Essa variao anatmica

proporcionada pelo dficit hdrico analisada por sensores de contato, que medem

a variao radial do caule em resposta ao potencial matricial do solo, JORAS, J.S.D.(2003).

Segundo CORREIA (2005), atualmente, cada vez mais a eletrnica assume um

papel importante em diversas reas tecnolgicas. Na agricultura tambm se verifica

este fato, uma vez que existe um aumento da incluso de sistemas eletrnicos. Isto

acontece devido a estes sistemas apresentarem muitas vantagens em comparao

aos mecnicos, como por exemplo, uma dimenso fsica do sistema menor, um

tempo de vida maior e maior facilidade de controle.Uma razo para a crescente utilizao da eletrnica na agriculta a busca pela

otimizao de recursos e produtividade, assim sistemas sensoriais so aplicados

visando melhoria do processo agrcola.

Os sistemas sensoriais so compostos por transdutores, os quais segundo

MARTINO (2010), convertem grandezas fsicas em sinais eltricos que so enviados

posteriormente para a unidade de controle correspondente ao sistema a ser medido.

Atualmente encontram-se diversos tipos de sensores no processo agrcola para a

realizao de medies como a posio, velocidade, umidade e temperatura. No


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caso do sensor aqui apresentado o LVDT, esse se caracteriza por um transdutor de

deslocamento ou de posio.

Este tipo sensor possui caractersticas indutivas baseado em mudanas mtua

na indutncia, autoindutncia ou da resistncia magntica. Conforme exposto por

SPEZIA (2010) este sensor geralmente encapsulado em ao inoxidvel, ou em

polmeros, tornando-o insensvel interferncia mecnica, eltrica. A Figura 1 expe

o funcionamento do sensor.

Figura 1. Exposio da forma funcional do sensoFonte: Pedro Filipe Alhais Lopes

Conforme visualizado na Figura 1, a forma de onda vermelha e a bobina de cor

vermelha representa o sinal de alimentao alternado, a forma de onda azul e a

bobina azul representa a 1 bobina secundaria e a verde a 2,assim quando o ncleo

representado pela cor cinza estiver com sua maior parte inserida no campo da 1bobina haver a maior amplitude do sinal nesta bobina como visualizado na segunda

coluna de formas de onda, quando o ncleo estiver posicionado de maneira

uniforme entre as duas bobinas os dois sinais sero do mesmo valor visualizado na

3 coluna, e quando estiver com a maior parte do ncleo posicionado na 2 bobina

haver maior amplitude do sinal nesta bobina, assim o sensor LVDT trabalha com

variao de sada proporcional ao posicionamento do ncleo, o que acarreta a este

sensor, muitos campos de utilizao, devido boa linearidade e fcil implementao

MAZI (2010).


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Referente sua constituio fsica, segundo LOSITO (2011), o LVDT contm

trs bobinas concntricas e coaxiais envolvidas por um encapsulamento, a bobina

central trata-se do circuito magntico emissor, sendo este alimentado em corrente

alternada de alta frequncia. Ao entorno da bobina emissora alocam-se os

enrolamentos secundrios. A parte mvel, isto , o ncleo, que feito de um

material de alta permeabilidade magntica, Ao com nquel e cromo, que inserido

na bobina. Quando o ncleo se move da posio central, onde o mesmo resulta em

zero de tenso de sada, a intensidade da tenso nos secundrios em determinada

direo do movimento do ncleo aumenta, enquanto que o movimento oposto do

ncleo faz com que reduza essa tenso eltrica. O 1 Grfico 1 exposto por MEYDAN

(1992) exemplifica a caracterstica de trabalho do transdutor conforme a posio doncleo

Grfico 1. Modelo caracterstico de resposta de um sensor LVDTFonte: MEYDAN (1992)

Como se observa no Grfico 1, o sensor apresenta uma chamada faixa

nominal que vai de -100% a +100% da posio do ncleo, que segundo MEYDAN

(1992), se refere rea de captao de maior linearidade do sinal de sada de

tenso em (V). Com isso o sensor quando projetado, deve conter uma medida um

pouco maior que a requerida. Pois como caracterstica intrnseca deste sensor, h

perda de linearidade nas extremidades dos enrolamentos.


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Alm dos enrolamentos, o LVDT particionado em vrios outros elementos

que sero detalhados adiante, juntamente com as caractersticas do projeto. Tais

elementos que constituem esse tipo de dispositivo consistem em: encapsulamento,

carretel, ncleo, fixao, alimentao, adequao e aquisio de sinais.

3.2 ENCAPSULAMENTO

O encapsulamento do sensor conforme CRESCINI (1995) consiste na proteo

do circuito magntico contra choques mecnicos ou intempries. Com intuito de

tornar o dispositivo mais leve e resistente, o mesmo foi desenvolvido em materialnylon technyl, que proporciona caractersticas fsicas relevantes, pois o polmero

utilizado possui baixa densidade e alta resistncia intemprie. Estes requisitos so

fundamentais na escolha do material devido aplicao do sensor, a qual requer um

sistema que interfira o menos possvel no desenvolvimento da cultura. A Figura 2

demonstra a caracterstica fsica do encapsulamento desenvolvido para o sensor.

Figura 2. Encapsulamento e elemento de insero de resina para proteo deconexes.

O encapsulamento visto na Figura 2 foi desenvolvido em torno mecnico at a

obteno da forma visualizada.


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3.3 CARRETEL

No LVDT o carretel o elemento responsvel pela alocao das bobinas.

Como caracterstica, segundo BALBINOT (2006), este particionamento do sensor

consiste num elemento mecnico com formato cilndrico e trs rebaixos coaxiais e

concntricos e geralmente de mesmas dimenses.

Para o desenvolvimento do dispositivo de alocao de enrolamentos, utilizou-

se do mesmo polmero mencionado anteriormente, com o intuito de facilitar a

construo e proporcionar uma reduo de massa do sensor, para que possa ser

aplicado a culturas em fase inicial de desenvolvimento. A Figura 3 demonstra a

forma fsica e dimenses do projeto do carretel.

Figura 3. Ilustrao do elemento carretel

3.4 CIRCUITOS MAGNTICOS EMISSOR E RECEPTOR

Em sua constituio fsica, um sensor LVDT apresenta dois circuitos

magnticos justapostos entre si. Sobre o carretel alocado centralmente, estar o

enrolamento primrio, que consiste no circuito emissor do dispositivo. Nas demais

parties do carretel aloca-se o circuito secundrio, SPEZIA (2010).

Quanto ao circuito primrio, segundo MARTINO (2011) sua alimentao pode

variar de 1kHz a 20kHz em tenso alternada Essa variao na frequncia de


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trabalho apresenta um ganho na densidade magntica do sensor, tornando-o mais

sensvel e com maiores amplitudes de respostas.

O circuito secundrio do LVDT alocado ao entorno da bobina emissora,

ligados em srie entre si, mas com defasagem em seus enrolamentos de 180 e

espaados de forma simtrica com relao bobina primaria e entre os mesmo. A

Figura 4 demonstra o circuito magntico emissor e receptor do LVTD.

Figura 4. exposio dos circuitos magnticosFonte: Meydan (1992)

A parte secundria dos enrolamentos vistos na Figura 4, consiste no elemento

de indutncia mtua, que sofre este fenmeno conforme um dos conceitos de

magnetismo em que a exposio de uma bobina em uma regio de fluxo magntico

pulsante induz uma tenso nesta. No caso do sensor, o circuito magntico primrio

fornece o fluxo pulsante, devido a sua alimentao C.A de alta frequncia. Assim, o

circuito secundrio por estar imerso neste fluxo magntico pulsante sofre o

fenmeno de indutncia mtua, acarretando nos sinais de sada.

3.5 CATARACTERISTICA CONSTRUTIVA DAS BOBINAS

Segundo BALBINOT (2006), um sensor LVDT, contm espiras de acordo com

o projeto, sabendo-se que acima de 1000 espiras por bobinas encontram-se

sensores de maiores capacidades.


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Entretanto, devido aplicao do dispositivo desenvolvido, este no pode

apresentar grandes dimenses, assim conforme visto na Figura 3, as dimenses do

carretel, sobre este se desenvolveu os enrolamentos primrio e secundrio com fio

AWG32 com 600 espiras em cada uma das parties do carretel. A Figura 5

demonstra a resultado final do carretel com os circuitos magnticos.

Figura 5.Carretel do LVDT aps enrolamento dos circuitos magnticos

3.6 NCLEO

Este elemento responsvel pela variao do sinal de sada, pois o mesmo

provoca a concentrao do fluxo magntico conforme seu movimento, que

intensifica ou reduz o sinal proporcionalmente ao seu posicionamento, sua

constituio para este trabalho foi uma liga de Ao de Nquel com Cromo. A

concentrao de fluxo magntico pode ser visualizada na Figura 4.

3.7 FIXAO

Este trabalho expe um sensor LVDT para phytomonitoring, e com base nesse

foco a fixao do sensor foi desenvolvida de modo a atender o acoplamento em

plantas, do modo mais adequado possvel. Assim segundo KANO (1998),

desenvolveu-se a fixao, a qual se constitui de duas partes, uma placa plana

superior e uma placa angular inferior, estas placas so utilizadas para fixar o LVDT e


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acoplar o conjunto a planta. A Figura 6 demonstra a caracterstica desses

elementos.

Figura 6.Modelo de fixao utilizado

Como visto na Figura 6, a placa angular do LVDT foi desenvolvida de modo

que seja acoplada a espcie (planta) com uma boa fixao, pois o elementodesenvolvido se apresenta como um tringulo. Assim a instalao do sensor possui

maior rea de contato, em relao a fixao com duas chapas planas. A Figura 7

demonstra as situaes de fixao mencionadas aqui.

Figura 7. Comparao entre os sistemas de fixao

O dispositivo de fixao com base angular apresenta-se como melhor soluo

de aplicao, pois consiste num dos tipos de acoplamentos mais utilizados no nicho

sensorial agrcola.


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4 CIRCUITO DE ALIMENTAO EXCITAO

4.1 CONSIDERAES INICIAS

O circuito de alimentao de um sensor LVDT se baseia na excitao

sinusoidal de alta frequncia, o que define essa alimentao como circuito oscilador.

Segundo SEDRA (2004), um oscilador uma etapa amplificadora que gera

determinada frequncia, condicionada pelo valor de seus componentes, e a mantm

dentro de certos limites. Nesse tipo de circuito se utiliza de realimentao positiva,

com intuito de compensar a perda de potncia durante a gerao de cada ciclo.Conforme VARGAS (2002), as propriedades eltricas dos transistores permitem que

este seja utilizado em osciladores. Assim para que um transistor atue num circuito

sinusoidal de alta frequncia o mesmo deve operar no seu ponto quiecente, faixa

caracterizadora de operao de amplificao.

Existe uma vasta gama de osciladores, como: oscilador em ponte de wien,

oscilador hartley, oscilador de colpitts, oscilador de bloqueio, oscilador duplo T e o

oscilador de deslocamento de fase (usado no desenvolvimento do sensor). O circuitoser detalhado adiante.

4.2 CIRCUITO DE EXCITAO DO LVDT - OSCILADOR

Na construo do sensor em questo se utilizou de um oscilador por rotao de

fase transistorizado. Esse tipo de oscilador segundo VARGAS (2002) opera sob a

relao reatncia-capacitncia, onde as resistncias atribudas ao circuito junto aoscapacitores, acarretaram na oscilao e mudana de fase, produzindo sinais que se

encontram em frequncias de 15Hz a 20kHz. A Figura 8 demonstra o circuito

oscilador utilizado na alimentao do sensor.


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Figura 8. Circuito oscilador utilizado para alimentao do sensor.

Os componentes utilizados na confeco do circuito so visualizados na Figura

8. Segundo VARGAS (2002) os elementos do circuito podem ser definidos conforme

a frequncia desejada pela Equao 1.

f =

(1)

f = frequncia requerida.

R = valor da resistncia.

C = valor da capacitncia.

Entretanto, na construo do circuito oscilador utilizou-se do circuito oscilador

de deslocamento de fase conforme exposto por BRAGA (1998). Apesar da utilizao

do circuito desenvolvido por Braga, foi necessrio realizar algumas alteraes para

compatibiliz-lo ao LVDT. As alteraes ocorreram sobre o complemento do circuito

onde se introduziu no oscilador o circuito acoplador de impedncia e amplificador de

corrente, para assim adequar o funcionamento do circuito, de alimentao ao

transdutor.


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4.3 CIRCUITO DE EXCITAO DO LVDT SEGUIDOR DE TENSO

Um amplificador operacional, ou amp op, um amplificador diferencial de

ganho muito alto com alta impedncia de entra e baixa impedncia de sada.

Normalmente utilizado em circuitos osciladores, filtros e sistemas de

instrumentao.

Segundo WENDLING (2004) umas das formas de se utilizar os amplificadores

remete-se a configurao seguidora, a qual possui como caracterstica o ganho

unitrio, mesma amplitude e polaridade. A configurao de seguidor unitrio opera

normalmente como isolador de estgios, reforador de correntes e acoplador de

impedncias. A configurao emissora proporciona aos amplificadores aplicaesessenciais em inmeros projetos para que haja a mxima transferncia de energia

entre dois circuitos, sejam eles amplificadores, osciladores, etc.

A Figura 9 expe dois circuitos (a) e (b). o circuito (a), a tenso Vo segundo

COUGHLIN (2001), quando ligada diretamente a carga, a resistncia interna produz

um divisor resistivo, afetando diretamente na tenso entregue. Entretanto, a fonte e

a carga quando intercalada por um circuito seguidor mantm a tenso.

Figura 9. comparao de transferncia de potncia

Assim, com o intuito de manter a mxima transferncia de potncia entre

circuitos, utilizou-se de um Circuito integrado LM324 em configurao seguidor de

emissor. A Figura 10 expe o circuito de alimentao do sensor completo.


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Figura 10. Circuito de excitao para o transdutor

Como se visualiza na Figura 10, o circuito de excitao composto de circuito

oscilador, circuito seguidor e amplificador de corrente (TIP-122), inserido para

proporcionar um campo magntico de maior densidade ao sensor. A partir dessa

premissa, o LVDT inserido nos terminais do conector J1.


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5 CIRCUITO DE ADEQUAO DE SINAL


Segundo NATALE (2007), geralmente a grandeza eltrica de sada de um

transdutor no diretamente manipulvel. Por exemplo, a faixa de tenso de sada

no desejada, a potncia do sinal baixa ou a tipo de grandeza no o requerido.

Por esses motivos, os transdutores necessitam de um sistema que manipule o sinal

do modo mais adequado, e essa manipulao do sinal denominada

condicionamento.O condicionador de sinal, segundo NATALE (2007), um equipamento que

converte uma grandeza eltrica em outra, tambm eltrica, mas adaptada

aplicao especfica. Em grande parte dos casos a grandeza eltrica de sada

constituda por tenso. A Figura 11 ilustra o diagrama de blocos de um sensor com

sistema de condicionamento.

Figura 11. Diagrama de blocos para condicionamento de sinalFonte: NATALE (2007)

Conforme ilustrado na Figura 11, o sistema de excitao alimentar o sensor e

a partir disso ao ser influenciada pelo meio o qual est monitorando o dispositivo

emitir um sinal proporcional a influncia sofrida. O sinal emitido pelo sensor

passar pelo amplificador, filtro e por fim ir para o sistema de aquisio, gerando


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assim medidas de controle ou avaliao. O trajeto do sinal desde a excitao at

aquisio denominado sistema de condicionamento de sinal.

5.2 CARACTERSTICA DE DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE

ADEQUAO DE SINAL

Para o transdutor aqui demonstrado, necessitou-se de um condicionamento no

valor de tenso dos secundrios, para que fosse possvel por meio de um conversor

analgico digital de um microcontrolador, analisar esse valor representante do curso

medido. O ADC (Analog to Digital Converter) do microcontrolador escolhido, o PIC

18F4550, limitado em alcance entre 0 e 5V, em resoluo cerca de 4,8 mV.O sinal de sada dos enrolamentos secundrios, como caracterstica do

sensor tem a mesma frequncia que o sinal de excitao, f = 9,7 kHz, este valor

advm de vrios testes, onde ao variar a frequncia da alimentao verificamos que

nesta frequncia, o sinal de sada apresentou o menor nvel de rudo e amplitude

adequada para o sistema de ajuste. Com o intuito de aplicar uma variao linear no

sensor se utilizou do sistema eletrnico para converso analgica digital, adequando

assim o sensor as caractersticas do sistema de aquisio conforme as medidas devariao do sensor, as quais representam de 0 a 10 mm de deslocamento.

Para a anlise do sistema de condicionamento de sinal, subdividiu-se este em

4 blocos: acoplamento e amplificao, Retificao, filtragem e subtrao e por fim

Offset.

5.3 SISTEMA DE ACOPLAMENTO E AMPLIFICAO

Conforme j mencionado, neste fragmento do sistema utilizou-se de um

LM324 para configurao seguidora, a qual se responsabiliza pelo acoplamento das

impedncias dos sistemas, no caso a sada do LVDT e a entrada do condicionador

de sinal, conforme Figura 12.

Como complemento desse sistema utilizou-se de uma das portas do LM324

para a configurao de amplificao no inversora. Esta etapa foi utilizada devido

baixa amplitude de sada fornecida pelo LVDT, sinal esse situado em milivolts.

Assim a utilizao do amplificador elevou a sada para 5 volts. A Figura 12 ilustra

este fragmento do circuito condicionador de sinal.


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26

Figura 12. Circuito de acoplamento e amplificao do sistema decondicionamento de sinal

Como visto na Figura 12, o sinal do LVDT advm pelo conector J1. A partirdesse ponto os amplificadores em configurao seguidor de emissor, operaram em

cada uma das polaridades do sensor, acoplando as impedncias entre sensor e

circuito. Aps o acoplamento, ocorre a amplificao do sinal que seguir adiante,

sendo condicionado pelo circuito.

5.4 SISTEMA DE RETIFICAO, FILTRAGEM E SUBTRAO

O sistema referido neste subitem condiz com a retificao necessria para o

tratamento do sinal. Nesse tratamento, o diodo transforma o sinal ainda CA de alta

frequncia em onda pulsante. Devido caracterstica do sensor LVDT, aps a

retificao segundo ALHAIS (2008), a expresso grfica que demonstra essa ao

(retificao) conter dois domnios. A Figura 13 demonstra as expresses grficas

do sensor conforme a retificao.


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27

Figura 13. Ilustrao das formas passo a passo do sistema detratamento de sinal (condicionador)Fonte: Vilhais

Na Figura 13 verifica-se o comportamento do sinal do LVDT sob o

condicionador. As sadas do secundrio do sensor so visualizadas nos dois

primeiros grficos, os quais apresentam um sinal sinuoso com defasagem de 180.

Como j discutido, este sinal amplificado e depois retificado, por conseguinte

utiliza-se o circuito de subtrao. Esse circuito consiste numa montagem tpica deum subtrator no inversor. Segundo ALHAIS (2008), o amplificador subtrator

consiste numa configurao que possibilite obter na sada um sinal de tenso igual

diferena entre os sinais aplicados. A Figura 14 demonstra a configurao subtratora

de um amplificador operacional.

Figura 14. Configurao subtratoraFonte: Wedling


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28

O resultado de sada de um circuito em configurao subtratora possui

caracterstica conforme a Equao 2 exposta por WEDLING (2010), em que a

tenso Vo depende da razo entre R1 e R2 integrados a um produto da diferena de

sinal adicionados aos terminas positivo e negativos do amplificador operacional.

[2]

A partir dessa configurao, obtm-se o grfico (c) da Figura 13, em que as

tenses que formavam duas imagens so subtradas em um nico sinal que varie

apenas no ciclo positivo com base no offset que ser detalhado adiante.

5.5 SISTEMA OFFSET, AMPLIFICAO E FILTRAGEM.

Este particionamento do sistema de condicionamento de sinal, o Offset, se faz

necessrio, segundo ALHAIS (2008), devido subtrao resultar num sinal negativo

para uma metade do deslocamento. Como o sistema de aquisio ser efetuado por

um microcontrolador, este no permite a leitura de sinais negativos de tenso,acarretando na necessidade de realizar um offset ao valor de diferena.

Referente amplificao, como a diferena de amplitude muito pequena

deve-se amplificar o sinal para leitura do ADC e para que se tenha uma maior gama

de tenso em todo o curso. No caso do sensor, essa amplificao resulta num valor

de tenso mxima de 3,3volts, dimensionada para evitar possveis danos porta do

microcontrolador por picos de tenso. As Figuras 15 e 16 expe o circuito global de

condicionamento de sinal, onde esto os circuitos de oscilao, acoplamento,

amplificao, retificao, filtragem, subtrao e offset.


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29

Figura 15. Circuito de adequao de sinal

A Figura 15 expressa configurao partindo do sinal enviado pelo LVDT, o

qual processado mediante acoplador de impedncia, amplificador, retificador;

divisor de tenso (para readequao da tenso) e subtrator. Aps estes passos, o

sinal dirigido ao restante do circuito responsvel pela adequao do sinal.

Figura 16. Complemento do circuito de adequao de sinal

As Figuras 15 e 16 representam o circuito de adequao de sinal em que aps

todo tratamento do sinal na figura 15, o mesmo entra no circuito da figura 16 para

complementar o tratamento necessrio para utilizao do sinal no datalogger.


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30

6 SISTEMA DE AQUISIO DE DADOS


A evoluo crescente nos ramos de gerenciamento e controladoria de

processos, acarretaram no desenvolvimento da informtica para fins agrcolas

atravs das dcadas, possibilitando a utilizao de ferramentas de preciso para a

anlise e aquisio de dados. Segundo PARK (2003), em todo tipo de tecnologia e

cincia, a aquisio de dados uma atividade essencial. Devido o sistema de

aquisio ter como finalidade apresentar ao observador os valores das variveis queesto sendo mensuradas. Assim o desempenho de uma determinada cultura quanto

fertirrigao e irrigao amplamente estudado em suas diversas configuraes,

objetivando entre outros aspectos a obteno de um desempenho equilibrado e a

diminuio de custos operacionais. Com base nessas premissas, neste capitulo ser

detalhado o sistema de aquisio do sensor, um datalogger que consiste num

dispositivo que recebe dados de um ou vrios sensores, processa esses dados e

armazena num formato digital. O sistema em questo ser desenvolvido sobre omicrocontrolador PIC 18F4550.

6.2 5.2 MICROCONTROLADOR PIC 18F4550

Os microcontroladores se caracterizam internamente por um sistema

computacional, no qual esto includas uma CPU (Central Processor Unit) memria

de dados e programa, um sistema de clock, portas de I/O (Input/Output), alm deoutros possveis perifricos. Segundo MIYADAIRA (2011) o microcontrolador

18F4550 consiste num sistema baseado na arquitetura Harvard onde o processador

acessa memrias de dados e instrues atravs de dois barramentos distintos. O

conjunto de instrues desse tipo de mquina (PIC18F4550) ocorre sobre

arquitetura RISC ( computador com conjunto de instrues reduzidas). Essa

mquina tambm se caracteriza por ser de 8 bits dotado de 32 kbytes de memria

de programa e 2,048 kbytes de memria RAM (Randon acess memory). A

alimentao desse dispositivo pode variar entre 4 e 5,5 Volts e operaes sob

frequncias ate 48 MHz, ou 12 MIPS ( Milhes De Instrues Por Segundo).


32/51

31

O modelo utilizado apresenta 40 pinos, dos quais 35 podem ser configurados

com I/Os (input Output). Diversos perifricos podem ser utilizados nesse

microcontrolador, como por exemplo: EEPROM de 256 Bytes ou de outra

capacidade, dois mdulos CCP (Capture, Compare or PWM) e ECCP (Enhanced,

Capture, Compare or PWM), treze mdulos de analgico e digitais (A/D) com

resoluo de 10 bits com tempo de aquisio programvel, dois comparadores

analgicos, uma comunicao EUSART, um TIMER de 8 bits entre outros.

6.3 DESENVOLVIMENTO DO SAD SISTEMA DE AQUISIO DE DADOS

No desenvolvimento do sistema de aquisio utilizou-se de configurao decircuito conforme MIYADAIRA (2011), tais configuraes podem ser visualizadas na

Figura 17.

Figura 17. Configuraes de hardwarepara desenvolvimento do dataloggerFonte: Miyadaira (2011)

Nessa configurao exposta na figura 17 observam-se os perifricos

necessrios para utilizao do PIC 18F4550, como cristal oscilador, capacitores

inibidores de rudos acoplados as portas Vcc e Vss do microcontrolador, circuito

integrado Max 232 para comunicao serial e terminais utilizados para o acesso aos

canais analgicos (AN1, AN2, AN3, AN4).


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32

Como pode ser visualizado no esquemtico do circuito utilizado,o hardawaredo

datalogger contm 4 memrias CMOS Serial EEPROM de 256 kbytes, com

comunicao I2C, de acordo com a figura 18.

Figura 18. Configurao de hardwarepara memrias de dados

Outras caractersticas de hardwarepertencentes ao dataloggerso: 4 sadas a

rel opto-acopladas Figura 19; Display lcd 2x16; 5 entradas analgicas; e acesso ao

CCP1 e ao CCP2.

Figura 19. Sadas opto-acopladas


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33

Se o ncleo estiver exposto ao campo magntico do primrio por um longo

tempo, este perder sua caracterstica de alta permeabilidade magntica, pois seus

domnios internos se alinharo permanentemente, assim se transformando em um

im, visando evitar isto foi adicionado no hardware rels para acionar o LVDT 15

minutos antes da aquisio, que o tempo suficiente para magnetizar o ncleo e

fazer a medio, assim estando exposta ao fluxo magntico metade do tempo, vai

aumentar a sua vida til, e vai consumir metade da energia se comparado caso

estivesse operando continuamente. A Figura 19 mostra o esquemtico das quatro

sadas rel para o acionamento do LVDT 15. O objetivo de quatro rels advm de

aplicaes futuras onde um mesmo datalogger aquisitar os dados de quatro

LVDTs. Para a gravao do programa no microcontrolador foi escolhido o modo in-

circuit(ICSP In-Circuit Serial Programming), que mais prtico, uma vez que no

h necessidade de retirar o microcontrolador do circuito eletrnico para realizar a

gravao do chip. Todas as caractersticas at aqui apresentadas so demonstradas

num resultado final do projeto de hardwaredo datalogger, o qual visualizado na

figura 20.

Figura 20. Hardwaredo datalogger


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34

6.4 DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE

Segundo COELHO (2009), no desenvolvimento de um software, so

necessrias etapas que antecedem esse processo, a qual se apresenta de

diferentes formas, podendo ser organizado em textos e comentrios, utilizando

ferramentas como dicionrios, diagramas e fluxogramas. Um fluxograma apresenta

figuras geomtricas com breve descrio do processo, linhas e setas descrevendo a

sequncia das atividades, demonstrando o caminho da informao de modo

estruturado, contribuindo para manter a organizao na documentao do processo

e programao. Desse modo no desenvolvimento do datalogger, se utilizou de um

fluxograma de estrutura do programa, o qual apresentado no Apndice A.Aps a definio do comportamento da monitorao (fluxograma) se

desenvolveu o software. O sistema de manipulao do hardware (software) foi

desenvolvido em liguagem C padro ANSI. O tipo de linguagem foi definido

conforme exposto por JUNIOR (1999) que apresenta como a principal vantagem de

se usar linguagens de alto nvel (no caso a linguagem C) o fato de esta fornecer uma

menor interao do projetista com o hardware, no que diz respeito ao controle do

mesmo (ajuste de bancos de registradores e sequncias de inicializao). Destaforma o projetista dedica seu tempo basicamente lgica do problema e no aos

detalhes internos do chip.

Assim, para o desenvolvimento do programa em C utilizou-se do ambiente de

programao MPLAB da Microchip. A plataforma em questo permite acesso ao

compilador C18 que transforma linguagem de alto nvel em linguagem de mquina,

tambm gerencia o projeto, debuga(depura ou confere) e grava o chip. A Figura

21 demonstra o ambiente de desenvolvimento utilizado.


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35

Figura 21. Ambiente de desenvolvimento Microchip MPLAB

A Figura 21 demonstra a rea de trabalho do softwareonde criou-se o projeto

de controle para a gravao num microcontrolador.

Alm do software de criao de programa, o datalogger utilizou de vrios

mdulos disponibilizados em hardware PIC. Assim para o desenvolvimento do

controle utilizou-se basicamente do Conversor Analgico-Digital, Comunicao IC

para gravao na memria EEPROM, TIMERs, Display LCD 2X16, sendo que o uso

de todos esses mdulos se baseou em MIYADAIRA (2011).

Sobre os mdulos citados, foi desenvolvido o programa, o qual possui como

funo principal gravar em EEPROM externa os valores de tenso lidos pelo canal

analgico AD1, com tempos definidos pela configurao de uma varivel global

chamada tempoaqui.

Sobre o softwareno menu do programa, tem-se a possibilidade de se editar

vrios parmetros do programa, e verificar indicadores do estado de funcionamento

do programa, como exemplo: se esta ligado ou desligado, o valor de tenso lido no

momento, e a leitura dos dados gravados na EEPROM. Para mais informaes

sobre a lgica de funcionamento ver Apndice A o software Datalogger

Dendrometer1.0.


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7 TESTE DE CALIBRAO DO SENSOR


Um sistema de medio (SM) de boa qualidade deve ser capaz de operar com

pequenos erros. Seus princpios construtivos e operacionais devem ser projetados

para minimizar erros sistemticos e aleatrios ao longo da sua faixa de medio, nas

suas condies de operao nominais. Entretanto, por melhores que sejam as

caractersticas de um SM, este sempre apresentar erros, seja por fatores internos,

seja por ao das grandezas de influncia externas. A perfeita caracterizao dasincertezas associadas a estes erros de grande importncia para que o resultado

da medio possa ser estimado de maneira segura. Embora, em alguns casos, os

erros de um sistema de medio possam ser analtica ou numericamente estimados,

na prtica so utilizados procedimentos experimentais quase que exclusivamente.

Atravs do procedimento experimental denominado calibrao possvel

correlacionar os valores indicados pelo sistema de medio e sua correspondncia

com a grandeza sendo medida. Assim, este captulo apresenta, em linhas gerais,aspectos caractersticos da calibrao do sensor LVDT.

7.2 METODOLOGIA DE CALIBRAO

Aps a construo do conjunto, oscilador e condicionamento, em placa de

circuito impresso, procede-se a caracterizao do sensor ligado ao circuito final. A

caracterizao s feita nesta altura para que os sinais sejam lidos diretamente peloseu sistema de aquisio, obtendo assim os valores reais medidos pelo LVDT, com

todas as impedncias envolvidas acopladas.

No ensaio em questo foi extrada a relao deslocamento por tenso de sada

atravs da medio da tenso por etapa. Essa caracterizao de calibrao do

sensor se desenvolveu conforme o exposto por BALBINOT(2006) em que uma

forma de aquisio e levantamento da reta de calibrao, se constitui na submisso

do sensor a um suporte esttico, para que a movimentao de seu ncleo seja

efetuada por um dispositivo de medio de alta preciso, como exemplo:


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37

micrmetro. Os itens para a realizao da calibrao do sensor encontram-se na

Tabela 1.

Tabela 1. Elementos utilizados na calibrao do transdutorItens Funoestrutura em

chapasuporte para

sensor

micrometro deslocamentode ncleo

sistema dealimentao

alimentao dosensor

sistema deaquisio de

sinal

leitura devariao

Atravs dos elementos expostos na Tabela 1 realizou-se o procedimento de

calibrao, onde a variao do sinal de tenso foi verificada com deslocamento do

micrometro a cada 0,5mm. Assim, os sinais provenientes da sada do sensor eram

lidos pelo canal ADC do microcontrolador que demonstrava, mediante a lgica de

programao, os valores de tenso no display.

A Figura 22,demonstra a montagem fsica da metodologia exposta por

BALBINOT (2006) para obteno da reta de calibrao do sensor LVDT. Com base

nesta metodologia, o dispositivo foi submetido, a um acoplamento de 10V de pico-a-

pico (alimentao do sistema) e frequncia de 10kHz (Quilo-Hertz) todos os valores

fornecidos pelo sistema de alimentao. A leitura dos valores foi obtida no

datalogger desenvolvido. Na figura em questo observa-se entre a estrutura

metlica o LVDT e sobre esta (estrutura indicada pela seta azul) o micrometro

responsvel pela variao de aferio (seta vermelha).


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Figura 22. Estrutura elaborada para aferio do sensor

Atravs da metodologia aplicada realizaram-se os testes sobre o sensor para o

levantamento da reta de calibrao. O grfico 2 mostra uma das repeties com os

dados alm da regio linear de 1 a 9 mm, mostrando o abaulamento ou perca da

linearidade da tenso de sada nas extremidade, que mostra que o sensor

apresentou caracterstica de LVDT. As Repeties 1, 2, 3 e 4 so referentes sanlises de tenso em funo do deslocamento. Estes, so resultados dos quatros

testes realizados sobre o sensor, e o grfico 3 mostra os 4 testes sobrepostos para

avaliar o comportamento de histerese, o que resultaria dependendo da magnitude

desta, erros significantes de medida.

Grfico 2. Repetio com as regies extremas no lineares


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Grfico 3. plotagem de anlises

O Grfico 3, serviu para verificao da existncia de histerese no sensor por

carga residual magntica no ncleo, onde ao observar os pontos possvel

identificar que por quase no haver diferena entre um ponto e outro no h

histerese.Aps a realizao das quatro repeties obteve-se a equao da reta do

sensor, a qual retorna o deslocamento ocorrido a partir da variao da tenso. A

Equao 3, obteve um coeficiente de correlao de Pearson de 0,996 que indica

uma correlao com alto grau de confiabilidade entre tenso e deslocamento. A

Equao 3 demonstrada abaixo:

Y(mm) = 4,6938x(V) 1,2925 [3]

Por conseguinte obteno da equao passou-se a calcular o erro percentual

mdio, entre o valor previsto pela equao aplicado a tenso lida pelo

microcontrolador e o deslocamento conhecido. O clculo executado resultou num

erro mdio de 1,69%. A Tabela 2 demonstra os valores calculados pela Equao 3.

y = 4,6938x - 1,2925

R = 0,9965

0

1

2

3

4

5

6

7

89

10

0 0,5 1 1,5 2 2,5

DESLOCAMENTO(mm)

TENSO (volts)

Repetio 1

Repetio 2

Repetio 3

Repetio 4


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Tabela2. Dados de verificao do erro percentual

Verificao do erro

Tenso deslocamento y Previsto Erro (mm) |Erro (mm)|Erro%

0,49 1,0 1,007 0,007 0,007 0,70,6 1,5 1,524 0,024 0,024 1,6

0,68 2,0 1,899 -0,101 0,101 5,0

0,79 2,5 2,416 -0,084 0,084 3,4

0,92 3,0 3,026 0,026 0,026 0,9

1,01 3,5 3,448 -0,052 0,052 1,5

1,13 4,0 4,011 0,011 0,011 0,3

1,24 4,5 4,528 0,028 0,028 0,6

1,36 5,0 5,091 0,091 0,091 1,8

1,45 5,5 5,514 0,014 0,014 0,2

1,53 6,0 5,889 -0,111 0,111 1,81,67 6,5 6,546 0,046 0,046 0,7

1,8 7,0 7,156 0,156 0,156 2,2

1,89 7,5 7,579 0,079 0,079 1,1

1,97 8,0 7,954 -0,046 0,046 0,6

2,05 8,5 8,330 -0,170 0,170 2,0

2,11 9,0 8,611 -0,389 0,389 4,3

Erro mdio 1,69 %

Conforme visualizado na Tabela 2, os erros oscilaram numa diferena entre 0,2

a 5% de erro, e o erro mdio se situou em 1,69%, isto mostra que na regio linear do

sensor que vai de 1 a 9mm, o sensor apresentar medidas confiveis, que

adequado para uma boa medio.


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8 AVALIAES DO SISTEMA DE MONITORAMENTO POR LVDT, APLICADO

A UM GIRASSOL.

Para testar o equipamento em campo, optou-se pela instalao em um tipo de

planta com crescimento rpido, de caracterstica comercial e ainda cujo seu caule

no fosse do tipo colmo, o qual facilmente danificado. Baseado nessas condies

optou-se pela utilizao do girassol.

A cultura escolhida apresenta grande adaptabilidade a vrios tipos de climas,

tolera baixas temperaturas e tem relativa resistncia seca. As caractersticas

citadas, proporcionam ao girassol uma relevante adaptabilidade para o cultivo

safrinha na regio Centro-oeste, ou sucessor ao milho safrinha na Regio sul,CAMPOS(2007). O cultivo do girassol proporciona derivaes em sua utilizao,

como a alimentao animal, extrao de leo e sua utilizao na elaborao de

biocombustveis conforme estudo realizado pela (SAVANACHI, 2008).

Foram plantadas em um recipiente algumas sementes de girassol, a uma

profundidade de 5 cm, no dia 01 de fevereiro de 2013, e aps certo perodo de

vegetao instalou-se o LVDT em seu caule. Antes de instalar o transdutor mediu-se

o dimetro inicial do caule, o qual resultou em 12,26 mm. O sensor foi instalado comum apoio da parte traseira conforme a seta vermelha na Figura 23, para evitar o

tombamento da planta, E tambm adequar o ngulo de contanto da haste do sensor.

Desta forma, garante-se que o sensor esteja sempre em contato com a cultura

formando 90, evitando inclinaes indesejadas, que acarretariam numa deformao

da planta e erro de medida da variao no caule.

Figura 23. Estrutura de apoio para avaliao de culturas ainda jovens


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42

Referente instalao em campo, utilizou-se a alimentao proveniente de

uma fonte de computador, que quando ligada pela rede fornece +12V e -12 V,

necessrios para o funcionamento do sistema. Devido o sensor atuar em camposujeito a variabilidade de estados climticos, o dispositivo foi inserido em proteo

polimrica para resguard-lo. A Figura 24 expe o modo de acomodao do

dataloggerem campo.

Figura 24. Sistema utilizado no resguardo do sensor para atuao emcampo

Aps a instalao do sensor em campo, iniciou-se a coleta dos dados no dia

28/02/2013, as 09h00min da manh. A configurao estabelecida em software foi

uma anlise de monitoramento realizada a cada 30 min, possibilitando um

acompanhamento dirio do comportamento do girassol. Por conseguinte, no sexto

dia de coleta obteve-se o seguinte grfico de variao do caule. O qual demonstra a

variao da cultura perante o estado matricial do solo, ndice fundamental na tomada

de decises sobre irrigao.


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43

Grfico 4. Variao do dimetro do caule conforme acompanhamento

No Grfico 4, se visualiza nos dois primeiros dias, que a planta variou seu

caule normalmente ao longo do dia, contraindo de dia pela exposio a sol e

dilatando de noite, pode-se verificar na regio apontada pela seta vermelha, a

diminuio da variao da amplitude diria que caracteriza num stresshdrico, onde

a planta j no possui gua o suficiente para a manutenabilidade de seu

metabolismo. Essa caracterstica se confirma na Figura 25 onde o solo encontra-se

num potencial matricial reduzido, o que proporciona o dficit hdrico diretamente a

planta.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

Diamentro(mm)

Dia


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44

Figura 25. Planta em estado de stress hdrico

Aps constatao visual e via monitoramento do dficit no desenvolvimento da

cultura, no dia 04/03/2013, foi molhado com agua o solo do girassol. A

reestruturao do girassol visualizada na seta verde no Grfico 6 onde a cultura

voltou a apresentar uma maior variao diria do caule, mostrando sua recuperao

frente ao dficit no potencial matricial do solo. A manuteno no solo proporcionou

um aumento da umidade, o que acarretou numa recuperao do girassol. Essa

recuperao do estado da planta visualizada na Figura 26.

Figura 26. Reestruturao do girassol.


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9 CONCLUSO

Aps construo e testes do sensor, constatou-se que este se caracteriza

como uma ferramenta em potencial a ser utilizada para verificar o estado hdrico de

culturas e o seu desenvolvimento. Pois como demonstrado, o sensor desenvolvido

apresentou-se em faixas adequadas quanto taxa de erros, sua massa resultou

num total de 50 gramas e modo de acoplamento nos testes verificados no

apresentou danos cultura em estudo, proporcionando assim a utilizao do

transdutor como ferramenta de monitoramento.

Apesar do pleno funcionamento do sensor, uma caracterstica construtiva do

dispositivo demonstrou-se de extrema necessidade no desenvolvimento. Acaracterstica em questo remete-se ao tap central do sensor, que primeiramente

no existia, o que acarretou na impossibilidade de adequao de sinal, devido

inexistncia de tap e por consequncia a inexistncia de uma referncia no circuito

de adequao, impossibilitando o desenvolvimento deste. No novo projeto, integrou-

se o tap central possibilitando assim a adequao do sinal no transdutor e por

conseguinte o acoplamento ao datalogger.

Quanto sensibilidade do transdutor, essa se demonstrou adequada paradetectar variaes micromtricas do dimetro do caule. Assim, conforme a variao

e a posterior aquisio de dados, o sensor demonstra quantitativamente o estado de

desenvolvimento, o qual caracteriza no monitoramento, e sobre este pode-se

indexar decises de irrigar caso a cultura monitorada possua senilidade hdrica, ou

ainda pode-se tomar deciso de cessar irrigao, para adquirir alguma caracterstica

em especial fornecida pela cultura sobre o estado de estresse hdrico. Como

exemplo de cultura a qual se pode atribuir o estado de estresse tem-se a uva, quequando se encontra no estado de estresse, libera um teor maximizado de sacarose

no seu metabolismo. Essa caracterstica fornecida pela uva e requerida na produo

de vinhos e compotas.


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46

10 REFERNCIAS

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Frmula Student. Dissertao para obteno do grau de Mestre em engenhariaelectrotcnica e de computadores, Universidade Tcnica de Lisboa, 2008

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Desenvolvimento de Um Transdutor Lvdt e Datalogger Para o Phytomonitoring