Diversas placas de circuito impresso são utilizadas para conectar as placas dos Arduinos com os sinais de entrada e saída.
Algumas são compradas no mercado (shields).
Por exemplo : Placa Ethernet, Placa Relógio, Shield para display gráfico, etc.
Placas Simples, que normalmente servem para interface, precisam usar bornes de parafuso, pois trabalham com tensão ou correntes elevadas.
Normalmente, elas usam LEDS para sinalizar o estado das Entradas e Saídas, e usam conector Ribbon para se conectar às placas lógicas, ou "sanduíche" por serem o "recheio" do sanduíche, localizadas que estão entre a placa do Arduino e a placa do Display.
Conceito Placa Sanduíche
Cabo Ribbon Conector Ribbon
Placas Sanduíche / Shield / RS-485
As placas "Sanduíche" possuem conectores macho de um lado, e fêmea de outro, posicionadas de tal forma que as placas possam ser empilhadas.
Elas tem furação de fixação idênticas às dos Arduinos, permitindo o uso de distanciadores e parafusos, formando um bloco único.
Algumas tem o tamanho da placa do Arduino UNO, outras do Mega. Outras ainda, o tamanho do Display Big Number
Servem mais para interligar as placas dos Arduinos (padrão) com os cabos de entrada e saída, com a alimentação, funcionam como um shield para o display, etc.
Por exemplo, cada sensor de temperatura, e Hall usa conectores com 4 pinos : positivo, negativo, saída e não conectado.
Esses conectores, individuais, entram na placa de Entradas e Saídas (Interface).
Dessa placa, os dados chegam à placa sanduíche Computador de Bordo por um cabo ribbon, nela são "desemaranhados" e encaminhados por ela aos pinos corretos do Arduino MEGA.
Cada Arduino tem sua placa sanduíche específica: Placa de Controle de Carregadores, Placa de Controle de Baterias, Gráfico e Computador de Bordo
Elas quase não tem elementos ativos, exceto a RS 485
Na placa sanduíche Placa de Controle de Baterias, a RS-485 deve utilizar acopladores óticos, para isolá-la dos demais Arduinos e placas.
As placas físicas utilizadas no Projeto Ragio são as seguintes :
Placa Alimentação e Controle
Placa Entradas e Saídas
Placa Medição CA (Corrente Alternada)
Placa de Controle de Carregadores
Placa Medição CC (Corrente Contínua)
Placa de Monitoração de Baterias
1 - Placa Alimentação e Controle
Essa placa é tipo interface, e comanda os contactores de potencia NA e NF
Alimentada por Vauto, isola pelo diodo Schotky VAuto de VControl condicionando sua tensão, filtrando ruídos, e estabilizando sua saída.
VControl fornece os 12 V para acionar os Relés, 5V e 3,3V para os Arduinos
Possui temporizadores, para o acionamento das bobinas dos contactores NA e NF
Também possui LEds indicadores de funcionamento.
Utiliza bornes de entrada e saída, devido às correntes mais elevadas.
Possui saídas para alimentar as outras placas
Entradas : VAuto, Comum (Terra, Chassi), Chave Contato, Chave Ignição
Saídas : VAuto, VControl, Comum (Terra, Chassi), +5V , +3,3V, Bobina NA e Bobina NF
2 - Placa Entradas e Saídas
Essa placa é tipo interface, e alimenta o Acelerador com 8V, condiciona a tensão de saída do acelerador para 0-3,3 V, mede a tensão das baterias VAuto, VControl e VPack, dos shunts que permitem a medição de corrente nessas baterias, dos sensores de temperatura, dos sinais dos sensores de efeito Hall que medem Velocidade e RPM, dos micros da pedaleira, interruptores do painel, etc.
Fornecem também saída de tensão condicionada (VAcelerador) para o CVE, saída de tensão para o indicador de "Combustível", saída PWM para campainha (Buzzer), e um contato de relê para alimentação do ventilador elétrico de refrigeração do motor de tração, temporizada, acionada por limite de corrente, temperatura, chave Turbo ou Emergência acionadas.
Todas as entradas e saídas são monitoradas por LEDs. visíveis através do acrílico do Painel de Instrumentos.
Possuem conectores em linha, para cabo ribbon, por onde os sinais são transmitidos para o Computador de Bordo
É fixada no painel do veículo por meio dos dois potenciômetros que controlam o brilho e o contraste dos displays.
Alimentação: VPack, VAuto, VControl (+12V), +5V , +3,3V, Comum (Terra, Chassi)
Acelerador : +8 V, Potenciômetro, C, NA e NF do micro do acelerador.
Pedaleira: Comum dos Micros, NA Embreagem, NA Freio
Sensor Temperatura Motor : +, - e Saída
Sensor Temperatura CVE : +, - e Saída
Sensor Temperatura Carregador 12 : +, - e Saída
Sensor Temperatura Carregador 13 : +, - e Saída
Sensor Temperatura Bateria 12 : +, - e Saída
Sensor Temperatura Interna : +, - e Saída
Sensor Temperatura Externa : +, - e Saída
Potenciômetros de Brilho e de Contraste dos Displays
Medidor analógico de combustível
3 - Placa Medição CA (Corrente Alternada)
Essa placa é tipo interface, e fica protegida por uma caixa plástica transparente, que será instalada junto às baterias e carregadores.
Possui bornes com parafusos, conectores Ribbon e um interruptor Mono / Trifásico
Essa placa possui três transdutores para medição da corrente alternada (fases R, S e T) Módulo Sensor de Corrente não invasiva AC TA12-100, e três medidores de Tensão Alternada isolada da rede por transformadores.
Esta placa também controla os Carregadores utilizando 12 relês de potencia.
Referencia de projeto:
http://www.slideee.com/slide/arduino-day-2014-construindo-um-medidor-de-consumo-de-energia-conectado-a-nuvem-com-arduino
4 - Placa de Controle de Carregadores
Placa sanduíche, efetua a medição dos sinais vindos da Placa de Medição CA via cabo ribbon.
Com esses dados, o Arduino faz a medição da energia consumida na carga das baterias.
Com os dados da medição CC da descarga das baterias, eles permitem um cálculo preciso da autonomia do veículo, e o custo por km.
E controla os relês que alimentam os carregadores de bateria seqüencialmente.
Ele também controla, via saídas PWM e através de Acopladores Óticos, os Carregadores (Fontes) Chaveados.
Mostra essas informações num display 4x20, e as envia para o Computador de Bordo
O ajuste e controle do Controle de Carregadores é feito pelo Teclado matricial 4x4.
5 - Placa Medição CC (Corrente Contínua)
Essa placa é tipo interface, e fica protegida por uma caixa plástica transparente, e será instalada junto às baterias e carregadores.
Ela utiliza bornes para entrada de fios singelos, que são ligados às baterias e carregadores.
Possui saídas de tensão de baterias e de shunts, e de VPack, com resistores limitadores de corrente, e LEDS.
E possui LEDS, para indicar as tensões, e resistores limitadores de corrente, para segurança
Possui 12 relês para a medida das tensões das baterias, e mais 2 para a medida da corrente via shunts dos carregadores.
Essas tensões transmitidas por cabo ribbon para o Controle de Carga
6 - Placa de Monitoração de Baterias
Esta placa é tipo sanduíche, e mede as tensões e correntes da placa CC, utilizando as entradas analógicas 1 e 2 de um Arduino MEGA.
Com os dados da medição CA da Carga das baterias, eles permitem um cálculo preciso da autonomia do veículo, e o custo por km.
Ele calcula a energia disponível nas baterias, e também controla individualmente a alimentação cada um dos carregadores, otimizando a carga das baterias.
As tensões e correntes das baterias, são medidas por um Arduino MEGA, além de mostrados no display LCD 4x20 local, são transmitidos para o Computador de Bordo
O ajuste e controle do Controle de Baterias é feito pelo Teclado do Computador de Bordo.
As duas ultimas placas trabalham com tensões elevadas em relação ao chassis, por isso são alimentadas por uma fonte isolada, e se comunicam com o Computador de Bordo através de uma conexão serial com acoplamento ótico.