Disjuntor de Controle Remoto Utilizando um Microcontrolador

Frequentemente nos deparamos com situações em que queremos ligar uma carga elétrica pressionando alguns botões em um programa de computador. Considere um exemplo, onde você está sentado em uma usina de energia e deseja ligar um disjuntor remotamente. O controle de disjuntores a partir de um local remoto pode ser alcançado usando um microcontrolador. Vamos discutir como fazer um Disjuntor Controlado Remotamente Usando um Microcontrolador.

Para este disjuntor controlado remotamente, precisaremos:

1. Microcontrolador (como um Arduino)

2. Transistor

3. Diodo

4. Resistores

5. Relé

6. LED

7. PC (Computador Pessoal)

Microcontrolador

Um microcontrolador é um CI que tem inteligência para entender os comandos recebidos do PC por meio de um protocolo de comunicação. Um microcontrolador possui diferentes protocolos de comunicação para se comunicar com o PC, como Serial, Ethernet e CAN (Controller Area Network).

Um microcontrolador possui muitos periféricos, como pinos GPIO (entrada e saída geral), ADC (conversor analógico-digital), temporizador, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) e Ethernet, entre outros, para se comunicar com o mundo externo.
A saída digital de um microcontrolador é um sinal de baixa corrente.

Quando você define um pino como ALTO, a tensão que chega a esse pino é tipicamente +3,3V ou +5V, e a corrente que ele pode fornecer ou absorver é em torno de 30mA. Isso é suficiente se você estiver controlando um LED cujo requisito é pequeno.

Se quisermos controlar o disjuntor por meio de um pino do microcontrolador, precisamos de um driver que possa fornecer a corrente necessária à carga para ligá-la. Você precisa de um componente entre seu microcontrolador e o dispositivo que será controlado com tensão e corrente baixas. Relés e transistores são mais frequentemente usados para esse propósito.

Transistor

O transistor funciona como um driver nesta aplicação, fornecendo a corrente necessária ao relé para ativá-lo quando está no modo de saturação.

Resistor

Os resistores são usados para limitar a corrente no LED e nos transistores.

LED

O diodo emissor de luz (LED) é usado para indicar se o disjuntor está ligado ou desligado.

Relé

Um relé é um interruptor usado para controlar cargas elétricas de alta potência (como Disjuntores, Motores e Solenóides). Um interruptor normal não consegue lidar com cargas de alta potência, por isso o relé é usado para controlar essas cargas.

Princípio de Funcionamento do Controle Remoto de Disjuntor por Microcontrolador

Quando um comando é dado ao microcontrolador para ligar a carga, o pino do microcontrolador é definido para 3,3V (no circuito acima), o que liga o transistor NPN. Quando o transistor está LIGADO, a corrente flui do coletor para o emissor do transistor, atuando o relé, que conecta a tensão CA ao disjuntor, ligando-o.

Um LED é usado para indicar se o disjuntor está LIGADO ou DESLIGADO. Quando o pino do microcontrolador está alto, o LED está aceso (disjuntor LIGADO). Quando o pino do microcontrolador está baixo, o transistor está em condição DESLIGADA e nenhuma corrente flui para a bobina do relé, e o disjuntor está DESLIGADO, assim como o LED.

Diodo de Proteção

Quando o relé é desligado, uma f.e.m. reversa é gerada, que pode danificar o transistor se a magnitude da f.e.m. for maior que a tensão VCEO do transistor. Para proteger o transistor, bem como a saída digital do microcontrolador, usa-se um diodo que conduz quando o relé está desligado. Este também é conhecido como diodo de rota livre.

Projetando

O microcontrolador assumido fornece 3,3V quando o pino está alto e 0V quando o pino está baixo. Escolha um relé de 12V e 360 ohms de resistência na bobina, então a corrente tomada pelo relé para ligar

Esta é a corrente nominal do relé.

O LED (tensão forward = 1,2V) consome cerca de 20mA, então a resistência RLED

O valor de RLED pode ser escolhido como 500 Ω.

RB pode ser escolhido como 4K para fornecer mais corrente de base ao transistor GUI (Interface Gráfica do Usuário): Uma GUI pode ser desenvolvida em linguagem de alto nível (como C#) que usa o UDP (User Datagram Protocol) para se comunicar com o microcontrolador via PC. Abaixo está a GUI que controla a saída digital do microcontrolador via protocolo UDP.