Radar Eletronico (PDF)

Universidade Tecnologica Federal do
´
Parana
˜o
Engenharia de computac
¸a
Microcontroladores

Lombada eletrˆ
onica

Autores:
Gustavo Morais
´ jo
Lucas Arau
Pedro Silva

12 de Maio, 2017

Contents
1 Introdu¸
c˜
ao

2

2 Requisitos funcionais

3

3 Oscilador Colpitts

4

4 Varredura da frequˆ
encia no 8051
4.1 Rotina de inicializa¸c˜ao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Detec¸c˜
ao da frequˆencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5
5
5

5 Impress˜
ao da Velocidade e Alerta
5.1 Multiplexa¸c˜
ao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Rotinas desenvolvidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3 Buzzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5
6
7
8

6 Conclus˜
ao

8

1

1

Introdu¸
c˜
ao

Nesta experiˆencia, objetivou-se criar um prot´otipo de radar eletrˆonico, baseado
em indutores, chamado pelo professor como lombada eletrˆonica.
O prot´
otipo verificava a velocidade do carrinho met´alico e mostrar essa velocidade em dois displays de sete segmentos, caso ultrapasse a velocidade limite
escolhida, no caso de 40km/h, um buzzer e um led devem ser ativados.
A verifica¸c˜
ao ´e feita atrav´es de um circuito oscilador Colpitts, onde usou-se
dois indutores feitos usando um n´
ucleo de ferrite e fio de cobre. A varredura da
oscila¸c˜
ao dos circuitos ´e realizada atrav´es de rotinas escritas em Assembly em
um microcontrolador 8051, que identifica picos atrav´es dos pinos de interrup¸c˜ao
e contabiliza a diferen¸ca de tempo entre eles.
Um esquem´
atico geral do projeto com todas as partes integradas pode ser
visualizado na figura 1 e uma figura com o projeto montado e devidas partes
identificadas encontrra-se na figura 2.

Figure 1: Hardware Geral do Projeto

2

Figure 2: Hardware Geral do Projeto

2

Requisitos funcionais

Em seguida est˜
ao os requisitos funcionais que o sistema deveria alcan¸car, especificados pelo professor.
• Detectar a velocidade do veiculo met´alico passando na pista.
• Mostrar a velocidade para o usu´ario por meio de display de sete segmentos.
• Tocar um buzzer caso a velocidade ultrapasse 40 km/h.
• A medida de velocidade deve ser estruturada a partir de dois la¸cos indutivos, em uma distˆ
ancia previamente conhecida.
• O circuito microcontrolado deve capturar estas variabilidades de frequˆencia
e assim chavear o disparo da contagem de tempo referente `a passagem pelo
primeiro la¸co at´e o segundo.

3

3

Oscilador Colpitts

O circuito do oscilador utilizado no projeto ´e foi um Colpitts pois atendia os
requisitos e o professor orientador possuia familiaridade. Em primeira instˆancia
projetaram-se dois Colpitts, o primeiro para detectar a entrada do prot´otipo e
o segundo a sa´ıda, contudo percebeu-se que seria mais coveniente os posicionar
em s´erie e utilizar somente dois indutores. O circuito montado encontra-se na
figura 3.

Figure 3: Circuito Colpitts
Para fabrica¸c˜
ao dos indutores utilizou-se fio de cobre esmaltado e n´
ucleos
de ferrite retirados de fontes de computador sobressalentes. Como sa´ıda desse
circuito n˜
ao alcan¸cou a amplitude desejada, foi necess´ario um circuito de condicionamento de sinal, mostrado na Figura 4 abaixo.

Figure 4: Circuito Colpitts
O circuito de condicionamento conta com um OPAMP 741 para aumentar
a amplitude, um capacitor para retirar o offset e um buffer de transistor para
digitalizar o sinal. Assim, o sinal final obtido foi de 5kHz quadrado 5V pico a
pico com varia¸c˜
ao de 200Hz quando um objeto met´alico passa em qualquer um
4

dos dois indutores, o que ´e o suficiente para identifica¸c˜ao com a varredura feito
pelo microcontrolador.

4

Varredura da frequˆ
encia no 8051

Como j´
a dito, foi feito um Collpits com dois indutores produzidos pela equipe,
e a sa´ıda desse circuito foi ligada na interrup¸c˜ao externa 0 do microcontrolador
8051.

4.1

Rotina de inicializa¸c˜
ao

Essa rotina ´e a respons´
avel por reiniciar/iniciar a captura de frequˆencia, ela
zera todos registradores, e habilita a interrup¸c˜ao externa 0, e configura essa
para funcionar por borda de decida.

4.2

Detec¸c˜
ao da frequˆ
encia

A sa´ıda do Collpits ´e uma onda de 5 volts pico `a pico, sendo assim a cada per´ıodo
ocorre uma interrup¸c˜
ao, e nesse momento a rotina de detec¸c˜ao de frequˆencia
ocorre.
Tentando deixar o mais simples poss´ıvel, quando essa rotina e chamada pela
primeira vez, ela iniciar um timer(Timer 0 do 8051), quando ´e chamada pela
segunda vez ´e salvo o valor como tempo padr˜ao entre duas interrup¸c˜oes. Todas
as outras interrup¸c˜
oes s˜
ao simplesmente compara¸c˜oes com esse valor salvo.
Foi necess´
ario gerar um valor de sensibilidade para essa compara¸c˜ao, uma vez
que o Collpits n˜
ao gera uma onda perfeita, pode haver uma pequena varia¸c˜ao
entre os valores, mesmo que n˜ao tenha passado nenhum objeto met´alico em
cima da bobina. Esse valor de sensibilidade foi calibrado de acordo com testes
feitos no oscilador em quest˜
ao.
Ap´
os a detec¸c˜
ao de varia¸c˜ao de frequˆencia, a rotina inicia outro timer(Timer
1 do 8051) e inicia o processo de detec¸c˜ao de varia¸c˜ao de frequˆencia novamente.
Quando detectada uma segunda varia¸c˜ao na frequˆencia, ´e convertido o valor
do timer 1 de forma `
a ficar coerente com o tempo, e ent˜ao ´e carregado os valores
para os registradores necess´
arios e a rotina Check Speed ´e chamada, essa ser´a
descrita na pr´
oxima sess˜
ao.

5

Impress˜
ao da Velocidade e Alerta

Como j´
a dito, utilizaram-se displays de sete segmentos para mostrar a velocidade, em espec´ıfico utilizaram-se displays ˆanodo comum.
O funcionamento deles se d´a de forma simples, funcionam como sete LEDs
isolados que precisam ser polarizados. Em outras palavras, o microcontrolador
liga o segmento correspondente ao jogar n´ıvel LOW no bit correspondente.

5

ˆ
Figure 5: Display de Sete Segmentos Anodo
comum

5.1

Multiplexa¸c˜
ao

Na pr´
atica realizada, foi necess´ario multiplexar os displays para redu¸c˜ao do
n´
umero de portas utilizadas, para isto chaveou-se a alimenta¸c˜ao displays de
acordo com o circuito da figura 6.

Figure 6: Circuito para multiplexa¸c˜ao
Assim, dois bits foram associados ao microcontrolador para controle de
quando os displays estavam ligados e desligados. Desta forma, utilizou-se o
mesmo barramento para fornecimento do n´
umero a ser mostrado somente ativando o display correspondente a cada momento.

6

5.2

Rotinas desenvolvidas

• Definitions
printPort equ P1
regTable equ R0
nPrint equ R2
memTable equ 200
displayX equ P2.7
displayY equ P2.6
Estas foram as defini¸co˜es utilizadas para facilitar a programa¸c˜ao das rotinas.
• loadNumbers
Carrega todos os bytes correspondentes aos n´
umeros no display de segmentos em uma posi¸c˜ao de mem´oria determinada por uma defini¸c˜ao,
memTable, como j´
a mostrado.
• configTimersToDisplay
Inicializa as interrup¸c˜oes gerais e especificas e configura o timer a ser
utilizado na multiplexa¸c˜ao.
• timer0Rotina
Rotina do timer0, a qual ficar´a chamando as rotinas que escrever˜ao nos
displays sempre que a interrup¸c˜ao do timer for ativada.
• writeNumber
Escreve na printPort, na porta associada aos displays, o byte correspondente ao n´
umero carregado em R7.
• printUnidade
Escreve o n´
umero carregado em R7 no display das unidades, faz uso de
writeNumber.
• printDezena
Escreve o n´
umero carregado em R7 no display das dezenas, faz uso de
writeNumber.
• write2Displays
Rotina que escreve um n´
umero de 0 a 99 nos dois displays, faz uso de
printDezena e printUnidade.

7

• checkSpeed
Rotina que recebe a distˆancia do percurso e o tempo e ent˜ao calcula a
velocidade e chama write2Displays, al´em de ligar o buzzer/led caso a velocidade calculada ultrapasse 40km/h.
Escreve o n´
umero carregado em R7 no display das dezenas.

5.3

Buzzer

Determinou-se um limite de velocidade de 40km/h, o qual ao ser ultrapassado
ativava um LED e um Buzzer, o circuito correspondente se encontra na figura 7

Figure 7: Circuito para ativa¸c˜ao do buzzer
O circuito para ativa¸c˜
ao ´e bem simples e ´e ligado ao se jogar n´ıvel baixo na
porta P0.0 do microcontrolador.
A verifica¸c˜
ao e ativa¸c˜
ao desse pino ´e feita pela rotina checkSpeed com uma
simples subtra¸c˜
ao da velocidade por 40, e depois checando-se o n´ıvel da flag
Carry.

6

Conclus˜
ao

Em um aspecto geral o projeto foi realizada com sucesso. O oscilador Colpitts
foi montado com sucesso. A varredura feita na porta de interrup¸c˜oes foi capaz
de identificar as varia¸c˜
oes de frequˆencia causadas pela passagem do carrinho
acoplado com a barra de metal. O circuito e c´odigo em assembly foi capaz de
mostrar velocidades de 0 a 99 nos dois displays de sete segmentos.
Dois pontos representaram o maior gasto de tempo da equipe, o projeto do
Colpitts e seu isolamento do 8051 para que as portas n˜ao causassem inteferˆencia
na oscila¸c˜
ao. Contudo, ainda mais o ajuste de sensibilidade da detec¸c˜ao das
varia¸c˜
oes na oscila¸c˜
ao, pois esta se dava na ordem de 200Hz, e os ru´ıdos presentes
nos mais diversos instrumentos utilizados causavam m´a detec¸c˜ao algumas vezes.

8