Projeto e desenvolvimento de um sistema de aquisição aplicando conceitos de instrumentação virtual

Abstract

O acesso à energia elétrica tem propiciado uma série de benefícios, tanto em nível de comodidade/conforto quanto à de segurança da população. Estes benefícios fazem com que as pessoas fiquem cada dia mais dependentes da energia elétrica para a grande maioria das suas atividades. Isto tem incrementado a preocupação com a manutenção da qualidade da energia elétrica fornecida pelas concessionárias, em todos os níveis de tensão. A introdução de computadores na automação e medição levou nos últimos anos a evolução dos instrumentos de aquisição e monitoramento de dados. Diversos instrumentos analógicos ou digitais podem ser concentrados em um único instrumento digital. Assim, a proposta deste trabalho foi de projeto e desenvolvimento de um sistema de aquisição, utilizando conceitos de instrumentação virtual. Nesta modalidade, o hardware desenvolvido apenas amostra os dados dos sensores e armazena-os em memórias apropriadas. O processamento de todos os cálculos de valores eficazes, fator de potência, potência ativa, potência reativa, potência aparente e transformada de Fourier são realizados por um software desenvolvido em JAVA. Após realizar um estudo sobre os microcontroladores existentes, data loggers e cartões de memória SD e HDs, notou-se que o maior problema seria o armazenamento de dados, pois com o intuito de utilizar uma alta frequência de amostragem, muitos GBs de memória são utilizados. A alternativa que pareceu mais cabível para resolver o problema de armazenamento de dados, foi a de desenvolver o sistema baseando-se em uma Raspberry Pi que já conta com a parte do armazenamento de dados pronta. Com a definição do uso da Raspberry Pi os conversores analógicos-digitais (ADC) MCP3208 e AD7656 foram comparados com intuito de saber qual conseguiria um melhor funcionamento, porque a Raspberry Pin não conta com um ADC. Após exaustivos testes, o AD7656 foi selecionado por uma questão de velocidade e confiabilidade dos dados. O sistema desenvolvido foi de baixo custo se comparado com os Datalogger, Multimedidores de Grandezas Elétricas e Analisadores de QEE comerciais. Para mensurar o erro de medida, os resultados do sistema proposto foram comparados com um osciloscópio da Agilent. Os erros de medição foram satisfatórios para corrente e tensão RMS. Para a análise das harmônicas o erro passou de 4% indicando que possivelmente houve um somatório de pequenos erros desde a calibração dos sensores até os cálculos da FFT.