Pós-graduação · UTFPR Curitiba
Manual de laboratório de Sensores e Instrumentação
Na primeira aula, você vai usar dois pontos de calibração para converter a leitura de um sensor de pressão em kPa. Depois, vai testar a calibração em outras três pressões para descobrir quanto a indicação se afasta da referência. Abra a aula 1 e selecione Abrir projeto.
Como fazer as atividades
- Execute o projeto como ele veio. Na bancada, compile com F7 e execute com F5. Abra o Terminal serial. Guarde as linhas que o roteiro pede antes de editar o código.
- Faça a alteração da aula. A seção Desafio e entrega indica o parâmetro a mudar e o que comparar. Anote o que espera que aconteça, recompile e repita a leitura.
- Registre os dois ensaios. Volte à página da aula e abra o Caderno de ensaio. Coloque os resultados lado a lado, com as unidades. Ao terminar, use Baixar relatório em HTML.
Consulta por assunto
As dez aulas · Primeiro ensaio de calibração · Tempo e perda de amostras · Como preencher o caderno
Plano da disciplina
O que você vai medir em cada aula
| Aula | Experimento | O que comparar |
|---|---|---|
| 01 | Calibração de pressão | Calcule a pressão indicada e o erro em três pontos. Repita com um deslocamento de 20 contagens. |
| 02 | Amostragem e aliasing | Amostre duas senoides a 10 e a 40 Hz. Em qual registro é possível distinguir a de 3 Hz da de 13 Hz? |
| 03 | Média móvel | Compare janelas de 1, 4 e 8 amostras. Meça a ondulação em regime e o tempo para atingir 50% do degrau. |
| 04 | Acelerômetro por I²C | Mantenha o MPU6050 na mesma inclinação e mude a faixa de ±2 g para ±4 g. Compare as contagens e a aceleração em mg. |
| 05 | Aquisição periódica | Aumente a carga da CPU. Meça a variação do intervalo entre leituras e conte as liberações perdidas. |
| 06 | Fila de amostras | Compare o descarte e a espera máxima com filas de 1, 4 e 8 posições. |
| 07 | Aquisição em blocos | Altere o tempo de processamento. Localize a primeira tentativa de reutilizar um banco que ainda está ocupado. |
| 08 | Alinhamento de dois canais | Compare os canais antes e depois de interpolar as leituras para o mesmo instante. |
| 09 | Telemetria e CRC | Envie a sequência com e sem falhas. Identifique o quadro rejeitado pelo CRC e os números ausentes na sequência aceita. |
| 10 | Monitoramento de vibração | Compare RMS e pico em janelas com vibração contínua, impacto e perda de amostra. Observe quando PC13 aciona o alarme. |
Aula 1 · Calibração
Como ler a primeira tabela da serial
O projeto fornece dois padrões de pressão. A 0 kPa, o conversor indica 400 contagens. A 160 kPa, indica 3.600. Nesse intervalo, cada contagem corresponde a 160 ÷ (3.600 − 400) = 0,050 kPa. Para converter uma leitura, subtraia 400 e multiplique por 0,050.
Faça a conta para uma das linhas
Procure a referência de 40 kPa no Terminal serial. Na configuração original, a leitura é de 1.204 contagens. A indicação é (1.204 − 400) × 0,050 = 40,20 kPa. O erro de indicação é a diferença entre essa pressão e a referência, portanto +0,20 kPa. Nas colunas com o sufixo x100, divida o número impresso por 100 para obter kPa.
| Referência | Leitura do ADC | Indicação | Erro |
|---|---|---|---|
| 40,00 kPa | 1.204 contagens | 40,20 kPa | +0,20 kPa |
Repita com o deslocamento
Em main.c, mude DESLOCAMENTO_COUNTS de 0 para 20. Antes de compilar, use a sensibilidade que acabou de calcular para prever a mudança na indicação. Repita o ensaio e confira a previsão nas referências de 40, 80 e 120 kPa. Use os três resultados para calcular o maior erro em módulo e seu percentual da faixa de 160 kPa.
A segunda tabela trata da saturação. Compare as entradas equivalentes a 4.200 e 4.600 contagens com o código que o ADC de 12 bits consegue registrar. Para completar a entrega, consulte na página da aula os dados do orçamento de incerteza e as instruções da extensão em placa.
No ensaio inicial, o firmware gera as leituras de referência. Se usar a extensão com potenciômetro, identifique o que mediu na placa em volts e contagens. A calibração de um transdutor de pressão físico exige pressões de referência aplicadas ao sensor.
Aulas 2 a 8 · Aquisição
Onde procurar o tempo de cada amostra
Sinais e filtros
Nas aulas 2 e 3, use o instante que acompanha a amostra no CSV. Para ver a sua execução no gráfico da aula, copie a saída do terminal com o cabeçalho, cole-a em Saída do Terminal serial (CSV) e selecione Traçar meus dados.
Na aula 3, o degrau começa em 160 ms. Para medir o tempo de resposta de 50%, procure a primeira amostra filtrada que atinge 1.200 mV e subtraia 160 ms do instante dessa amostra. Faça a mesma leitura para cada janela do filtro.
Interrupção e leitura do pino
Na aula 5, cada borda de PB0 marca uma liberação periódica. PC13 muda quando o programa lê PA0. Em Analisar sinais, selecione PB0 e PC13. Com a captura congelada, marque uma liberação e a leitura correspondente. Esse intervalo é a espera até o atendimento. Para medir a variação entre leituras, use bordas consecutivas de PC13 e confira max_us − min_us na serial.
Fila e buffer duplo
Na aula 6, cada item é numerado. Espere a linha FIM, que fecha o lote depois que a fila esvazia. Anote quantos itens foram registrados ou descartados e por quanto tempo uma amostra chegou a esperar. Uma fila maior pode guardar mais itens e também aumentar essa espera.
Na aula 7, quatro amostras formam um bloco. Com 10 ms entre amostras, o primeiro bloco fica completo aos 30 ms e um novo bloco fica pronto a cada 40 ms. Acompanhe os bancos A e B para identificar qual ainda estava ocupado quando o produtor precisou dele outra vez.
Dois canais em instantes diferentes
Na aula 8, A e B recebem a mesma rampa. Para comparar B com A, use os horários de aquisição e as duas leituras de A que cercam a leitura de B. Compare a diferença antes e depois da interpolação.
Relatório da aula
Como preencher o caderno de ensaio
O caderno fica na página de cada aula. Abra Desafio e entrega para conferir quais dados e cálculos o exercício pede. Depois, use o botão Caderno de ensaio para registrar o ensaio original e o modificado.
| Campo do caderno | O que escrever |
|---|---|
| Autor ou grupo | Identifique quem fez a atividade. |
| Bancada e fonte do sinal | Diga se usou o simulador ou a placa. Identifique a versão do projeto e a origem das amostras, como uma tabela gerada pelo firmware ou uma leitura do MPU6050. |
| Configuração e previsão | Informe o valor original e o valor que alterou. Na aula do filtro, por exemplo, identifique o tamanho da janela e o que espera que mude no tempo de resposta. |
| Medições e evidências | Transcreva as linhas da serial ou os valores medidos nos dois ensaios. Identifique as colunas e inclua as unidades. Em uma medição de tempo, indique os instantes usados na conta. |
| Interpretação e limites | Responda à pergunta da aula com os seus resultados. Se usar o simulador, identifique quais conclusões precisariam de uma medição na placa ou em um sensor físico. |
Exportação
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