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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTECURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA
GONIÔMETRO DIGITAL
RENATA LEIROS ROMANO
Natal, RN.Dezembro de 2010
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RENATA LEIROS ROMANO
GONIÔMETRO DIGITAL
Natal, RN.Dezembro de 2010
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RENATA LEIROS ROMANO
GONIÔMETRO DIGITAL
Projeto apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, UFRN, da disciplina Instrumentação Eletrônica, sob a orientação do Professor Luciano Fontes como requisito para obtenção de nota.
Natal, RN.Dezembro de 2010
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Sumário
Introdução..........................................................................................................................5
Desenvolvimento...............................................................................................................6
Simulação.......................................................................................................................7
Prática experimental......................................................................................................8
Outras sugestão de interface..........................................................................................9
Conclusão........................................................................................................................11
Bibliografia......................................................................................................................12
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Introdução
Conforme foi exposto no início da disciplina, iremos desenvolver um goniômetro
digital, que é um medidor de inclinação. Serve para medir ângulos de inclinação de uma
superfície em relação à outra.
O goniômetro é usado em várias áreas. Um exemplo comum de sua aplicação é na
mecânica, tendo vários modelos de goniômetros para diversas situações a serem
empregados. Outra área que também utiliza o goniômetro é a medicina. É bastante
usado na recuperação de pacientes que sofrem fraturas. O acompanhamento da
recuperação do paciente é feito com o instrumento, verificando a evolução do
movimento de uma articulação, por exemplo.
No desenvolver do projeto utilizaremos como ferramentas de simulação os
softwares ISIS, que é um aplicativo do Proteus, e o Orcad.
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Desenvolvimento
O projeto tem como objetivo o desenvolvimento de um goniômetro digital, que
consiste em acoplar mecanicamente um transferidor a um potenciômetro para que a
variação do ângulo do transferidor faça variar o potenciômetro, que por sua vez servirá
de sensor para o circuito eletrônico que tem como interface LEDs.
Para o circuito, fizemos uso do circuito integrado LM3914 que aciona 10 LEDs
comuns a partir de uma tensão de entrada. O circuito integrado sente o nível dessa
tensão de entrada e em função disso aciona um de 10 LEDs na saída.
Para esse projeto, faremos uso de um potenciômetro que possui ângulo de giro
de 300°, o que significa que teremos um aparelho que irá medir de 0º a 300°. Como
temos 10 LEDs na saída, cada LED irá significar 30° de medida, conforme a tabela
abaixo.
Ângulo LED
0° Todos apagados
30° LED 1
60° LED 2
90° LED 3
120° LED 4
150° LED 5
180° LED 6
210° LED 7
240° LED 8
270° LED 9
300° LED 10
Tabela 1 – Relação ângulo - LED
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Simulação
Inicialmente fizemos a simulação do circuito utilizando o software ISIS. Tomamos como referência o Datasheet do LM3914.
Figura 1 – Datasheet do CI LM3914
O circuito simulado pode ser representado na figura abaixo:
Figura 2 – Circuito da simulação
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Prática experimental
Fomos ao laboratório de eletrônicos para implementar o projeto, utilizando os seguintes componentes:
01 LM391410 LED´s01 Potenciômetro – 10KΩ01 Resistores de 8,2KΩ01 Resistor de 1KΩ 02 Resistores de 670Ω01 Fonte de tensão (12V)01 Protoboard
Os dois resistores a mais de 670Ω citados servem para fazer um divisor de tensão, para que possamos utilizar uma única fonte de tensão.
Figura 3 – Circuito montado no laboratório
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Outras sugestão de interface
Para facilitar o uso do nosso aparelho, podemos também implementá-lo utilizando displays de 7 segmentos, que funcionará da seguinte forma:
Figura 4 – Diagrama de blocos para interface com displays de 7 segmentos
Utilizaremos 3 displays de 7 segmentos, onde o display que mostra as unidades
será sempre zero, então não é necessário fazer a lógica. Para os outros displays fizemos
a seguinte tabela verdade:
Ângulo Display 2 Display 3D C B A D C B A
000° 0 0 0 0 0 0 0 0030° 0 0 1 1 0 0 0 0060° 0 1 1 0 0 0 0 0090° 1 0 0 1 0 0 0 0120° 0 0 1 0 0 0 0 1150° 0 1 0 1 0 0 0 1180° 1 0 0 0 0 0 0 1210° 0 0 0 1 0 0 1 0240° 0 1 0 0 0 0 1 0270° 0 1 1 1 0 0 1 0300° 0 0 0 0 0 0 1 1
Tabela 2 – Tabela verdade para os displays 2 e 3
Onde o display 2 representa a casa das dezenas e o display 3, a casa das
centenas. Então, a partir dessa tabela fizemos s seguintes circuitos lógicos para os
displays:
Circuito Conversor com 10 saídas.
Circuito Lógico conversor para BCD
Decodificador BCD/Display
Display de LED’s
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Figura 5 – Circuito lógico para o display 2.
Figura 6 – Circuito lógico para o display 3.
Onde a saída dos circuitos será ligada nos decodificadores BCD/Display, que
por sua vez será ligado nos displays, conforme já foi explicitado no diagrama de blocos.
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Conclusão
Este trabalho foi de grande valia para o aprendizado nesta disciplina, pois foi
possível aferir na prática o funcionamento de um circuito muito utilizado em áreas
diversas, além de prover a oportunidade de desenvolver um projeto de tamanha valia. A
forma em que se foi elaborado o projeto, por ser totalmente modular, facilitou tanto no
que se diz respeito a elaboração como demonstração e relato do mesmo.
Visualizamos que na medida que aumentamos a tensão no CI através do
potenciômetro, as saídas vão alimentando os led’s que vão se acendendo um a um
separadamente. Através das tabelas é possível observar também que tanto os ângulos
como as tensões, variam linearmente à medida que forem aumentados.
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Bibliografia
Massarolo, Diogo. Pivato, Rafael. Lanfredi, Felipe S. Medidor de ângulo com LM3914. UCS.
Ramos, Erickson Carlos, Medidor de ângulo (goniômetro digital). UFRN
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS007970.PDF
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/748-conheca-o-lm3914-art087.html