MSC25

Módulo Sensor de Corrente(MSC25)

Visão Geral

Este projeto consiste em uma placa de circuito impresso (PCB) com firmware embarcado, projetada para realizar a leitura de alta precisão de um sensor de corrente de efeito Hall e transmitir os dados através do barramento CAN.

O firmware foi desenvolvido em C para microcontroladores AVR, seguindo uma arquitetura modular, não-bloqueante e orientada por eventos, garantindo robustez e tempo de resposta previsível. O sistema é configurado e compilado utilizando um ambiente avr-gcc e make.

Principais Características

• Microcontrolador: ATmega328P operando a 16MHz.
• Comunicação: Interface CAN Bus 2.0A (11-bit) implementada com controlador dedicado MCP2515 e transceptor MCP2561.
• Leitura de Sensor: Interface analógica de alta precisão para sensores de corrente, com condicionamento de sinal.
• Fonte de Alimentação: Sistema de alimentação robusto com fonte simétrica isolada para o estágio analógico.
• Modos de Leitura: Firmware com modos de operação configuráveis em tempo de compilação:
  • Modo Média Móvel: Fornece leituras estáveis, ideal para monitoramento de estado.
  • Modo Instantâneo: Fornece a última leitura bruta, ideal para captura de picos e transientes de corrente.
• Arquitetura de Firmware: Modular, baseada em máquina de estados e interrupções de hardware para tarefas periódicas.

Detalhes do Hardware

O hardware foi projetado para garantir a integridade do sinal e a robustez da comunicação.

Fonte de Alimentação

A placa recebe uma tensão de entrada de 18V, que é regulada internamente para os domínios digitais e analógicos:

• +12V: Gerado por um regulador LM7812 para alimentar periféricos e o estágio de amplificação.
• +5V: Gerado por um regulador LM7805 para alimentar o microcontrolador ATmega328P e o controlador CAN MCP2515.

Fonte Simétrica Isolada (±15V)

Para a correta polarização do sensor de corrente e do circuito de condicionamento analógico, foi implementada uma fonte simétrica de ±15V. Esta etapa utiliza dois conversores DC/DC isolados do tipo PDSE1-S5-S15-S. A partir da entrada de +5V, cada conversor gera uma tensão de saída isolada (+15V e -15V, respectivamente). A isolação galvânica garante que ruídos do barramento de alimentação principal não interfiram na precisão das medições analógicas.

Sensor e Condicionamento de Sinal

O circuito foi projetado para interfacear com um sensor de corrente de efeito Hall, como o SECOHR 200SCV.

O sinal de saída do sensor é processado por um circuito de condicionamento baseado no amplificador operacional LM324. Este estágio tem a função de amplificar e deslocar o nível de tensão (offset) do sinal, ajustando-o para a faixa de leitura do conversor Analógico-Digital (ADC) do ATmega328P (0-5V). O resultado é um sinal robusto e centralizado, que permite a medição de correntes tanto positivas quanto negativas.

Detalhes do Firmware

O firmware é escrito em C puro (padrão gnu99) e compilado com avr-gcc.

Arquitetura

A lógica principal é controlada por uma máquina de estados (machine.c) que é executada em uma frequência fixa de 100 Hz, controlada pela interrupção do Timer2. A leitura do ADC é desacoplada da lógica principal, sendo disparada pelo Timer0 a uma frequência de 1000 Hz e processada através de interrupções (ISR(ADC_vect)), garantindo que as amostragens ocorram de forma consistente. A comunicação entre a rotina de interrupção e o laço principal é feita através de flags voláteis para evitar condições de corrida.

Módulos Principais

• main: Ponto de entrada, inicialização dos periféricos e laço principal.
• adc: Gerencia a configuração do ADC, o disparo por timer, a rotina de interrupção e as funções de processamento (média e leitura instantânea). Inclui um placeholder para linearização do sensor.
• machine: Contém a máquina de estados principal e a lógica de aplicação.
• can_app: Camada de aplicação do protocolo CAN. Responsável por montar e enviar as mensagens nos intervalos corretos.
• conf: Arquivo de cabeçalho central para todas as configurações de compilação, como ativação de módulos e seleção de modos de operação.

Protocolo CAN

A placa se identifica na rede CAN e transmite duas mensagens principais.

• Nome do Módulo: MSC25_1
• Assinatura (Signature): 195 (0xC3)

Ambiente de Desenvolvimento

• Toolchain: avr-gcc, avr-libc, make
• Programador: avrdude (configurado para arduino)
• Biblioteca Principal: avr-can-lib (deve estar presente na pasta lib/)

Como Compilar e Gravar

1. Preparar Bibliotecas: Execute o script para compilar a avr-can-lib e baixar o can_ids.h mais recente.

   ./makelibs.sh

2. Compilar o Projeto: Use o comando make para compilar todo o código-fonte.

   make

3. Limpar o Projeto: Para apagar os arquivos compilados.

   make clean

4. Gravar na Placa: Para compilar (se necessário) e gravar o firmware no microcontrolador.

   make flash

5. Fazer Tudo (Limpar, Compilar, Gravar e Monitorar):

   ./up.sh

Precisa adicionar ao can_ids.h

// MSC25_1 - Módulo Sensor de Corrente (Sua Nova Placa)
#define CAN_SIGNATURE_MSC25_1 195
// MSC25_1 - STATE - Module state report
#define CAN_MSG_MSC25_1_STATE_ID 121
#define CAN_MSG_MSC25_1_STATE_LENGTH 3
#define CAN_MSG_MSC25_1_STATE_FREQUENCY 1
#define CAN_MSG_MSC25_1_STATE_SIGNATURE_BYTE 0 //<!" Senders signature
#define CAN_MSG_MSC25_1_STATE_STATE_BYTE 1     //<!" State code
#define CAN_MSG_MSC25_1_STATE_ERROR_BYTE 2     //<!" Error code

// MSC25_1 - MEASUREMENTS - Current measurements from the sensor
#define CAN_MSG_MSC25_1_MEASUREMENTS_ID 240
#define CAN_MSG_MSC25_1_MEASUREMENTS_LENGTH 3
#define CAN_MSG_MSC25_1_MEASUREMENTS_FREQUENCY 10
#define CAN_MSG_MSC25_1_MEASUREMENTS_SIGNATURE_BYTE 0    //<!" Senders signature
#define CAN_MSG_MSC25_1_MEASUREMENTS_CURRENT_L_BYTE 1    //<!" Average current, byte low
#define CAN_MSG_MSC25_1_MEASUREMENTS_CURRENT_H_BYTE 2    //<!" Average current, byte high