Nanoshield ADC 4-20

R$ 69,90
R$ 66,41 no depósito bancário

Carregando...

Descrição do produto

ADC 4-20 

Módulo para medições de sensores com saída de 4 a 20mA

  • 625nA de resolução (25600 níveis)
  • 860 amostras por segundo
  • Medição de até 4 sensores por módulo
  • Até 4 módulos simultâneos, totalizando 16 sensores
  • Filtro RC em todos os canais

O Nanoshield ADC 4-20 oferece uma solução para aplicações onde é preciso medir sensores com saída de 4 a 20mA com grande precisão e resolução.

Existe uma infinidade de sensores com saída de 4 a 20 mA no mercado (são comumente chamados de transmissores), entre os mais comuns temos os sensores de pressão, temperatura, umidade, entre outros. Sensores com saída de 4 a 20mA são muito utilizados em processos industriais. Algumas vantagens da sua utilização são:

  • Não há perdas significativas no cabeamento, possibilitando a ligação de apenas um par de fios com grande comprimento.
  • Transmissão robusta do sinal, com alta imunidade à ruído.
  • Possibilidade de detecção de falhas no cabeamento

Implementado com o CI ADS1115, o Nanoshield ADC 4-20 proporciona 25600 pontos de medição na escala de 4 a 20mA, com resolução de 625nA (0,000000625A). Opcionalmente, o módulo também pode ser utilizado para medição de sensores com saída de 0 a 20mA (a corrente máxima recomendada é de 30mA).

Conectando os sensores

O Nanoshield ADC 4-20 possui um borne de parafuso com 4 entradas analógicas independentes, elas são nomeadas como A0, A1, A2 e A3. Em cada uma das entradas deve ser conectado o terminal de saída do sensor correspondente.

Existe ainda um quinto sinal presente no borne, nomeado como SUP. Neste pino deve ser conectado o outro terminal do sensor, que será responsável pela alimentação do mesmo, e pelo retorno da corrente no loop.

Existem duas formas de fazer a alimentação do sensor, a primeira é utilizando a mesma fonte que alimenta o Arduino e o restante do conjunto, a segunda é utilizando uma fonte exclusiva para alimentação do sensor. A escolha do modo de uso é feito utilizando-se o jumper de configuração também denomimado de SUP.

As seções abaixo mostram as duas formas de se conectar o sensor.

  • Sensor alimentado com fonte única

Nesta configuração, a mesma fonte que alimenta o Arduino é utilizada para alimentar o sensor 4 a 20mA. Para utilizar essa configuração, é necessário fechar o jumper de configuração SUP na posição VIN. Desta forma, a tensão da fonte (denominada VIN no Arduino), é ligada diretamente no terminal SUP do borne de parafuso, e alimenta diretamente o sensor.

A figura abaixo mostra como realizar essa configuração.

eee23290573b052c2f077ce19aa8488b.png

Conexão do sensor alimentado pela mesma fonte que alimenta o Arduino

 

Diferentemente de outros módulos destinados à medição de sensores de 4 a 20mA, o Nanoshield ADC 4-20 possui um baixo de valor de resistência para fazer a conversão de corrente em um valor de tensão que pode ser lido pelo conversor AD. Esse valor é de 150 Ohms, causando uma queda de tensão de apenas 3 V no resistor em caso de corrente máxima na saída do sensor (20 mA).

Isso quer dizer que há menos perdas e uma parte maior da tensão da fonte pode ser aproveitada para alimentar o sensor. Se você estiver utilizando uma fonte de 12V por exemplo, descontando a perda de 3V no resistor, ainda sobram 9V para alimentar o sensor. Muitos sensores no mercado são especificados para alimentação à partir de 8V, sendo possível utilizá-los juntamente com uma fonte padrão de 12V.

  • Conectando o sensor com fonte independente

Neste tipo de configuração, o sensor é alimentado por uma fonte exclusiva, ou seja, você usará uma fonte para alimentar os sensores e outra fonte para alimentar o Arduino (que também pode ser alimentado pela porta USB). Essa configuração é útil quando os sensores exigem uma tensão de alimentação diferente do padrão suportado pelo Arduino (7 a 12V). Podemos citar como exemplo, sensores que precisam ser alimentados com uma fonte de 24V, nesse caso você usa a fonte de 24V para os sensores, e alimenta o Arduino com uma fonte padrão de 7 a 12V ou pela porta USB (para outras sugestões de como alimentar o Arduino com uma fonte de 24V veja o nosso Nanoshield PowerLDO).

Para utilizar essa configuração, é necessário fechar o jumper de configuração SUP na posição GND. Desta forma, o terminal SUP do borne de parafuso fica diretamente interligado ao GND do módulo, servindo como retorno de corrente do loop.

A figura abaixo mostra como realizar essa configuração.

244263d8c8ad420aebf8bce7c3514956.png

Conexão do sensor alimentado com fonte independente

 

Conexão com Arduino + Base Board Uno

O jeito mais fácil de utilizar o Nanoshield ADC 4-20 juntamente com um Arduino é usando a Base Board Uno ou Base Board L Uno. Basta encaixar as placas e depois carregar o nosso código de exemplo para verificar o funcionamento (veja a seção de código de exemplo no final da página). Esta montagem pode ser utilizada com o Arduino UNO, Mega R3, Duemilanove entre outras (entre em contato caso tenha dúvidas sobre compatibilidade com outras versões). A figura abaixo mostra como fica a montagem do conjunto.

98823d899b34a6e0c554afe3ee2abda0.jpg

Ligação com Arduino utilizando a Base Board Uno (clique na imagem para ampliar)

 

Conexão com Base Boarduino

Também é possível conectar o Nanoshield ADC 4-20 diretamente à nossa placa compatível com Arduino, a Base Boarduino. A conexão é feita da mesma forma que com a Base Board, conforme ilustra a figura abaixo. Basta encaixar as placas e depois carregar o nosso código de exemplo para verificar o funcionamento (veja a seção de código de exemplo no final da página).

ab0aa79c74277fd1cefaedcf13b82b91.jpg

Ligação com a Base Boarduino (clique na imagem para ampliar)

 

Conexão direta com Arduino

Também é possível utilizar o módulo com montagem direta, utilizando um protoboard e jumper wires para fazer a conexão. Utilize os seguintes esquemas para conectar o Nanoshield ADC a um Arduino UNO ou Arduino Mega.

08f7487bf6bfbabb7522bfd5c00fb162.png

Ligação utilizando Arduino UNO (clique na imagem para ampliar)

 

 

b17f7b25438089cf870a389bc07aa13e.png

Ligação utilizando Arduino MEGA (clique na imagem para ampliar)

 

Utilizando vários módulos simultaneamente

O Nanoshield ADC 4-20 se comunica com o microcontrolador através de um barramento de comunicação I²C. Uma das vantagens do barramento I²C é a possibilidade de uso de vários módulos simultâneos utilizando apenas 2 pinos do microcontrolador: um para a transmissão do clock (SCL) e outro para transmissão de dados (SDA).

Cada módulo conectado a um barramento I²C necessita de um endereço único para que não haja conflito entre os mesmos. O Nanoshield ADC possui 4 opções de endereço selecionáveis via jumper na parte superior da placa, permitindo a utilização de até 4 módulos simultâneos e totalizando até 16 canais independentes utilizando apenas 2 pinos do microcontrolador. A figura abaixo mostra onde se localizam os jumpers utilizados para seleção do endereço.

8f28dc898953019b7c6d376a34a79711.png

Jumpers para seleção de endereço I²C

 

O endereço do módulo no barramento I²C possui 5 bits fixos (10010) e mais dois bits configuráveis. Através dos jumpers é possível configurar quais serão os dois últimos bits, as opções são: 00, 01, 10 e 11. Para fazer a seleção, basta fechar o jumper correspondente ao endereço desejado, deixando os demais abertos (o padrão de fabrica é 00). Dessa forma, o endereço completo do módulo pode ser 1001000 (padrão), 1001001, 1001010 ou 1001011.

A figura abaixo mostra um conjunto de 4 módulos utilizados simultaneamente. Neste exemplo utilizamos a placa Base Boarduino, mas você também pode utilizar uma Base Board UNO juntamente com um Arduino UNO ou Mega.

c013dd97dc5dbfd184685b4a138c2617.jpg

Utilizando vários módulos simultaneamente (clique na imagem para ampliar)

 

Configurações disponíveis

Operação em 3,3V

O Nanoshield ADC 4-20 também pode ser configurado para funcionar com alimentação de 3,3V. Essa configuração é útil quando se deseja utilizar o módulo juntamente com outras placas que funcionam com 3,3V, como o Arduino Zero, Arduino DUE, entre outras.

Para alterar a tensão de operação do módulo é necessário alterar o jumper de solda denominado POWER, que está localizado na parte superior da placa. A figura abaixo mostra como fazer esta alteração:

c7a7003542e95b6e84c5a1e4b20f328c.png

Configuração de alimentação para o Nanoshield ADC

 

Esta alteração só é necessária se o módulo estiver sendo utilizado juntamente com a Base Board ou Base Board L. Caso você esteja utilizando o módulo ligado por jumper wires, basta conectar o pino VCC do módulo diretamente na tensão de alimentação de 3,3V.

 

Recursos adicionais

  • Comparador interno

O chip possui um comparador interno programável que pode ser configurado para gerar um alerta quando o valor de tensão na entrada analógica excede algum limite previamente configurado pelo usuário. Desse modo, o módulo pode 'avisar' o microcontrolador sobre um evento desejado através de uma interrupção, não sendo necessário ficar medindo continuamente a entrada.

O sinal de alerta é enviado através do pino 3 do Arduino (no Nanoshield ADC este pino é denominado 'ale'). Esta função vem desabilitada de fábrica e para ativá-la é necessário fechar o jumper de solda denominado ALERT localizado no lado superior da placa.

Diagrama de blocos

O Nanoshield ADC 4-20 se comunica com o processador através de um barramento I²C que utiliza apenas 2 pinos. O diagrama de blocos abaixo ilustra o funcionamento do módulo.

58f1099ae3f2709e6dc6d5b34abb6e0d.png

Diagrama de blocos do Nanoshield ADC

 

Cada uma das entradas do Nanoshield ADC 4-20 possui um filtro RC passa-baixas com frequencia de corte de aproximadamente 480 Hz. O filtro tem função anti-aliasing e atenuação de ruído nas entradas analógicas.

Especificações elétricas

  • Alimentação: é feita pelo pino VCC com intervalo de 4,5 até 5,5V (valor típico 5V). Opcionalmente a placa pode ser alimentada utilizando o pino 3V3 com intervalo de 3V até 3,6V, para isso é necessário alterar o jumper POWER (veja instruções no esquemático).

  • Consumo: o consumo máximo de corrente é de 300uA.

  • Níveis lógicos: a comunicação I2C e o sinal de saída ALERT (opcional), vem configurados de fábrica para funcionar com nível lógico de 5V.

  • Intervalo de medidas: O intervalo máximo de medidas é de 0 até 30mA.

Pinagem

A tabela abaixo descreve a função de cada um dos sinais utilizados, e a correspondência com os pinos do Arduino UNO e Arduino MEGA.

Sinal Arduino UNO Arduino MEGA Função
ale 3 3 Saída do comparador ou fim de conversao (opcional)
SDA A4 20 Linha de dados barramento I2C
SCL A5 21 Linha de clock barramento I2C
VIN VIN VIN Entrada de alimentação VIN
VCC VCC VCC Entrada de alimentação 5V
GND GND GND Tensão de referência (terra)

Tabela de descrição dos pinos

Código de exemplo

Downloads