25-04-2014, 09:52
5º Passo - Leitura e conversão Analógico Digital, Factos e Considerações
Neste momento já temos um dispositivo no qual obtemos uma variação de tensão de 1mV por cada 10W/m2 de Radição Solar. Precisamos agora efectuar a leitura dessa variação de tensão e apresentação do resultado na unidade pretendida ou seja em W/m2.
Não obstante existirem outras formas de ler e apresentar os dados, no caso do dispositivo para a MeteoCercal.info, pretendia-se utilizar um Arduino Nano recorrendo a um dos seus conversores analógico digital (ADC) para fazer a leitura. O ADC destes Arduinos (tal como a maioria dos Arduinos comuns) têm uma resolução de 10 bits ou seja 1024 passos. Por defeito a tensão de referência para o ADC é de 5 Volt, significa isto que ao aplicarmos um determinado valor de tensão à entrada do ADC, ela é comparada com os 5V de referência e o resultado dado numa escala de 1024 passos (0 a 1023).
Vamos considerar que o dispositivo já construido poderá produzir na Rsh uma queda de tensão máxima de 160mV, correspondente a 1600 W/m2. É certo que anteriormente e pelas razões explicadas, tinhamos considerado a nossa medição como correspondendo a um valor de 1300W/m2, mas tambem é certo que o valor do máximo teórico da Radiação Solar, na verdade é uma média, e nas nossas latitudes é frequente num piranómetro se obterem valores de pico na ordem dos 1600W/m2, pelo que vamos considerar esta possibilidade, e definir como limite máximo de leitura do nosso dispositivo 1600W/m2.
Analisemos agora qual a resolução máxima da leitura que poderiamos esperar: 5V / 1023 = 4,88mV, como cada mv corresponde a 10W/m2, teriamos como resolução máxima 48,8W/m2. Esta resolução não nos serve!
Felizmente os Arduinos permitem alterar a tensão de referência para o ADC, e no caso do Arduino Nano temos até a possibilidade de utilizar uma tensão de referência muito estável, gerada internamente de 1.1V.
Vejamos então como ficaria a nossa resolução máxima, caso em vez dos 5V usássemos os 1,1V: 1.1V / 1023 = 1,07, ou seja 10,7W/m2. Melhorámos a resolução quase 4 vezes, no entanto, esta resolução ainda não nos serve!
Possivelmente, à muito que já terá concluído que, tendo em conta a reduzida amplitude dos sinais com os quais estamos a lidar, estes dificílmente poderiam ser lidos directamente pelo ADC de um Arduino com um nível de resolução aceitável. Então como resolver isto?
A solução passa por uma amplificação linear da amplitude do sinal original, de forma a que ao seu valor máximo de 160mV corresponda 1,1V, valor da referência do nosso ADC. Procedendo desta forma, vamos obter um aumento da resolução muito significativo (a continha fica como exercício), resultando em 1,56W/m2, um valor já bastante aceitável para este projecto.
Uma das formas mais simples e fíaveis para proceder à amplificação do nosso sinal original, é utilizar um Amplificador Operacional, no entanto, a sua escolha requer algumas considerações importantes como veremos de seguida.
...continua no próximo tópico.
Neste momento já temos um dispositivo no qual obtemos uma variação de tensão de 1mV por cada 10W/m2 de Radição Solar. Precisamos agora efectuar a leitura dessa variação de tensão e apresentação do resultado na unidade pretendida ou seja em W/m2.
Não obstante existirem outras formas de ler e apresentar os dados, no caso do dispositivo para a MeteoCercal.info, pretendia-se utilizar um Arduino Nano recorrendo a um dos seus conversores analógico digital (ADC) para fazer a leitura. O ADC destes Arduinos (tal como a maioria dos Arduinos comuns) têm uma resolução de 10 bits ou seja 1024 passos. Por defeito a tensão de referência para o ADC é de 5 Volt, significa isto que ao aplicarmos um determinado valor de tensão à entrada do ADC, ela é comparada com os 5V de referência e o resultado dado numa escala de 1024 passos (0 a 1023).
Vamos considerar que o dispositivo já construido poderá produzir na Rsh uma queda de tensão máxima de 160mV, correspondente a 1600 W/m2. É certo que anteriormente e pelas razões explicadas, tinhamos considerado a nossa medição como correspondendo a um valor de 1300W/m2, mas tambem é certo que o valor do máximo teórico da Radiação Solar, na verdade é uma média, e nas nossas latitudes é frequente num piranómetro se obterem valores de pico na ordem dos 1600W/m2, pelo que vamos considerar esta possibilidade, e definir como limite máximo de leitura do nosso dispositivo 1600W/m2.
Analisemos agora qual a resolução máxima da leitura que poderiamos esperar: 5V / 1023 = 4,88mV, como cada mv corresponde a 10W/m2, teriamos como resolução máxima 48,8W/m2. Esta resolução não nos serve!
Felizmente os Arduinos permitem alterar a tensão de referência para o ADC, e no caso do Arduino Nano temos até a possibilidade de utilizar uma tensão de referência muito estável, gerada internamente de 1.1V.
Vejamos então como ficaria a nossa resolução máxima, caso em vez dos 5V usássemos os 1,1V: 1.1V / 1023 = 1,07, ou seja 10,7W/m2. Melhorámos a resolução quase 4 vezes, no entanto, esta resolução ainda não nos serve!
Possivelmente, à muito que já terá concluído que, tendo em conta a reduzida amplitude dos sinais com os quais estamos a lidar, estes dificílmente poderiam ser lidos directamente pelo ADC de um Arduino com um nível de resolução aceitável. Então como resolver isto?
A solução passa por uma amplificação linear da amplitude do sinal original, de forma a que ao seu valor máximo de 160mV corresponda 1,1V, valor da referência do nosso ADC. Procedendo desta forma, vamos obter um aumento da resolução muito significativo (a continha fica como exercício), resultando em 1,56W/m2, um valor já bastante aceitável para este projecto.
Uma das formas mais simples e fíaveis para proceder à amplificação do nosso sinal original, é utilizar um Amplificador Operacional, no entanto, a sua escolha requer algumas considerações importantes como veremos de seguida.
...continua no próximo tópico.