Descrição dos atuadores e Funções de Atuação
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------descrição do submarino e seqüênciamento de funções (fluxograma)
Abaixo estão descritas duas funções mais prováveis para as ações do submarino
função 1o submarino deverá ser colocado na água e por hipótese, assumiremos que deverá ficar
por 10 segundos na superfície antes de executar a função de submersão. Após os 10
segundos iniciais, o submarino desce lentamente até uma profundidade x[1] relativa à
superfície e pára. Após um determinado intervalo de tempo, digamos 10 segundos, o
submarino deverá realizar um movimento de emersão ou submersão, ainda não decidido
pelos professores, mas muito provavelmente submersão. Essa submersão deverá ocorrer
até uma nova profundidade x[2], relativa à superfície. Para fins de segurança,
admitiremos que os professores peçam 3 profundidades, ou seja, o submarino ainda
submergirá até uma profundidade x[3] e aguardará mais 10 segundos. Sempre que houver
submersão, esta não será precedida por um emersão, ou seja, o submarino afunda em um
primeiro estágio, afunda por uma segunda vez em um segundo estágio, afunda pela
terceira vez até a profundidade x[3] e finalmente emerge até a superfície.
função 2o submarino deverá realizar etapas semelhantes às da função 1, com acréscimo de um
detelhe: ao realizar uma dada submersão, antes de realizar a próxima, ele deve emergir
até a superfície. Assim, o submarino submerge até x[1], emerge até a superfície;
submerge até x[2], emerge até a superfície; submerge até x[3], emerge até a superfície.
Todos os passos assumem um intervalo de tempo estacionário, suposto como sendo de 10
segundos.
A descrição de ações adotada anteriormentemente serve para podermos definir o
fluxograma e, seqüencialmente, gerar o programa para o microcontrolador PIC16F877a,
com as duas funções citadas.
Segue abaixo, previamente ao fluxograma, a descrição de como o microcontrolador se
comunica com os atuadores (motor de passo, bomba de água de pára-brisas, sensor de
pressão, sensor de posição,conjunto êmbolo de cortiça-guia, reservatório de ar
comprimido e reservatório de água).
Motor de passo: Comunica-se com o PIC por intermédio de um CI que atua como driver
de potência, o ULN2003. Tem a velocidade e o sentido de rotação controlados pelo PIC e
serve para empurrar/puxar, por meio de uma barra roscada, um êmbolo de cortiça e miolo
com porcas.
Bomba de água de pára-brisas: Tem a função de alimentar o reservatório de água com
potência máxima ou potência de refluxo, ou deixar que a água saia do mesmo. Para tanto,
é necessário que a bomba opere em três valores de tensão diferentes: 0V, na qual a água
pode fluir para o lado externo livremente, 12V, na qual a água é impulsionada com
potência máxima para o interior do resrvatório e Tensão de Refluxo, a ser determinada,
na qual a bomba não permite que a água saia do reservatório, mas também não tem
potência suficiente para alimentar o mesmo.
Conjunto êmbolo de cortiça-guia: Possui um miolo com porcas para poder transladar
dentro da guia que liga o motor de passo ao reservatório de ar comprimido. A guia possui
paredes de vidro, além de uma alimentação de ar para o reservatório de água e uma linha
admissão-exaustão que se comunica com o reservatório de água para poder liberar o ar do
mesmo, para fora do submarino. O conjunto êmbolo-guia atua em três estágios diferentes,
a saber- estágio inerte, estágio ativo, estágio passivo. O estágio inerte não permite que o
ar comprimido seja liberado do reservatório de ar comprimido pela alimentação e
também não permite que o ar do reservatório seja expulso do submarino pela linha
admissão-exaustão. O estágio ativo permite que o reservatório de água seja alimentado
por ar comprimido , pela alimentação, mas não permite que o ar do reservatório seja
expulso pela linha admissão-exaustão. O estágio passivo permite que o ar seja expulso do
reservatório de água, mas não permite a alimentação.
Os estágios são obtidos pela posição do êmbolo de cortiça no fuso, ora fechando, ora
abrindo as linhas de comunicação de ar.
Reservatório de água: Serve para receber água da bomba de pára-brisas e, por
conseqüencia, aumentar o peso próprio do submarino, fazendo com que o mesmo afunde.
Outra função é receber ar comprimido pela linha de alimentação, fazendo com que seu
êmbolo de posição desça e expulse a água. Isso reduz o peso próprio do submarino,
fazendo com que ele possa emergir.
Sensor de posição: O êmbolo de posição fica no interior do reservatório de água e indica
para o PIC qual a quantidade de água existente no reservatório. Desta forma o PIC pode
controlar os atuadores convenientemente, de acordo com a função que o submarino deve
exercer.
Reservatório de ar comprimido: Tem a função de alimentar o reservatório de água
quando o PIC decidir. É ativado pelo conjunto êmbolo de cortiça-guia, mais
especificamente por um botão acionador que é empurrado pelo êmbolo de cortiça.
Possuirá uma mola em seu bico, que tem a função de forçar o botão acionador para fora
do bico, sempre que o ar comrpimido não for mais necessário.
Sensor de pressão: Possui dois vasos de comunicação e fornece uma tensão de saída
proporcional à diferença de pressão entre os dois vasos. Assim, para que o PIC saiba qual
a profundidade do submarino, o sensor de pressão deverá estar em contato com a água do
tanque que contém o submarino, por meio de um vaso comunicante, enquanto o outro
vaso comunicante deve fornecer uma pressão de referência constante, que pode ser
tomada como a pressão interna do ar do submarino, já que este ar não sofre variação de
pressão considerável.
Uma vez descritos os principais componentes atuadores, precisamos ter em mente como e
quando eles atuam para realizar algumas etapas das funções. Uma lista das etapas
essenciais e suas descrições seguem abaixo:
-Submergir
-Emergir
-Oscilar
Submergir: Durante a submersão o motor de passo deve prover ao conjunto êmbolo-guia
a posição de estágio passivo, no qual o ar do reservatório de água pode ser expulso,
dando lugar à água; A bomba de água deve ser ativada em potência máxima; O sensor de
pressão deve informar constantemente ao PIC qual a pressão hidrostática da coluna de
água; O reservatório de água deve aumentar o peso próprio do submarino, pela admissão
de água; O sensor de posição deve informar constantemente ao PIC qual a quantidade de
água existente no reservatório; O reservatório de ar comprimido de ficar inerte durante
esta etapa.
Emergir: Durante a emersão o motor de passo deve prover ao conjunto êmbolo-guia a
posição de estágio ativo, mo qual o ar do reservatório de água não pode ser expulso, e o
ar do reservatório de ar comprimido alimentará o reservatório de água; A bomba de água
estará em 0V, permitindo a saída de água do submarino; O sensor de posição deve
informar constantemente ao PIC a quantidade de água existente no reservatório; O sensor
de pressão deve informar constantemente ao PIC qual a pressão hidrostática da coluna de
água; O reservatório de água deve reduzir o peso próprio do submarino, pela redução da
massa de água.
Oscilar: Durante a oscilação do submarino, em torno de uma dada profundidade, o sensor
de pressão fornecerá ao PIC leituras oscilantes de pressão hidrostática; Se a coluna de
água associada à pressão for menor do que a desejada, o PIC executa a etapa de
submersão e, se for maior, executa a etapa de emersão; Quando a diferença entre valores
de pressão da última emersão e da última submersão forem menores que um valor de erro
pré-determinado, estabeleceremos que o submarino entrou em regime inerte, ou seja,
deixou de ter oscilações significantes e está atualmente em estado de repouso. Caso saia
do estado de repouso, a etapa de oscilação é retomada. O etapa de oscilação deve ocorrer
por um intervalo de tempo pré-determinado.
De posse de todas as descrições acima, estamos aptos a iniciar o programa de controle.