KiT de Automação Open Hardware

Hoje, com a facilidade de encontrar placas de prototipagem no mercado, ficou fácil você automatizar sua casa e alguns processos do seu dia a dia. Você pode facilmente criar um projeto para ligar sua cafeteira remotamente, ou receber uma notificação de um evento em sua casa.

Além disso, o desenvolvimento de projetos open hardware permite que diversas pessoas contribuam para novos projetos e aplicações.

É com grande satisfação que o Embarcados apresenta o KiT de Automação, que é um projeto open hardware desenvolvido pela equipe de articulistas do Embarcados.

A seguir serão apresentados todos os detalhes do esquemático desse projeto. 

Hardware 

O KiT de Automação foi desenvolvido para ser compatível com os Arduinos UNO e NANO. O kit possui 6 saídas a reles, 4 saídas digitais com acopladores ópticos, 4 entradas digitais com acopladores ópticos, 3 entradas analógicas e comunicação serial (RS-232 ou RS-485).

A ferramenta utilizada para criar o hardware do projeto foi o Proteus 8. Os arquivos estão disponíveis em diretório no GitHub. Neste diretório, além do projeto do Proteus, possui também arquivo PDF com o Circuito Elétrico, Bill Of Materials e arquivos Gerber para confecção da placa. O projeto está sob a licença Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License. A figura 1 exibe o pinout do kit de Automação:

Entradas Analógicas 

As entradas analógicas estão disponíveis nos conectores J8, J9 e J10. O circuito analógico contém amplificadores operacionais LM358 (facilmente substituível por LT1013). A entrada do conector J9 possui ainda circuito para o ajuste de OFFSET. Este circuito pode ser habilitado através do “jumpers” JP4 e JP7. 

A tensão de operação do circuito analógico é 3V a 5V. Para as entradas analógicas foi adicionado o diodo TVS (Transient Voltage Suppressor) P6KE6V8CA, e possui uma tensão de ruptura de 6V.

A tabela a seguir exibe as entradas analógicas e as respectivas ligações nos Arduinos.

Tabela 1 – Demonstra os conectores do KiT com os conectores do Arduino 

KiT de Automação	Arduino UNO R3	Arduino NANO
J10	A0	A2
J9	A2	A4
J8	A1	A3

O conector J5 é destinado para selecionar fonte de alimentação do circuito analógico, fonte alimentação externa ou interna.

Entradas Digitais 

As entradas digitais estão disponíveis nos conectores J15 e J16. O circuito digital contém acopladores ópticos EL817. A seguir é apresentada uma tabela com as entradas digitais e as respectivas ligações nos Arduinos.

A tensão de entrada é de 3V a 5V. Entradas digitais contêm diodos de TVS P6KE13CA, e o mesmo possui uma tensão de ruptura de 13V.

Tabela 2 – Demonstra os conectores do KiT com os conectores do Arduino

KiT de Automação	Arduino UNO R3	Arduino NANO
In D0	D9	D9
In D1	D8	D8
In D2	D7	D7
In D3	D6	D6

Saídas Digitais

As saídas digitais estão disponíveis nos conectores J12, J13 e J14. O circuito digital contém acopladores ópticos EL817. A seguir é apresentada uma tabela com as saídas digitais e as respectivas ligações nos Arduinos.

A tensão de operação do circuito de saída digital é 3V a 12V. Para as analógicas entradas foi adicionado o diodo TVS P6KE13CA, e possui uma tensão de ruptura de 13V.

Tabela 3 – Demonstra os conectores do KiT com os conectores do Arduino

KiT de Automação	Arduino UNO R3	Arduino NANO
Out D0	D5	D5
Out D1	D4	D4
Out D2	D3	D3
Out D3	D2	D2

Saídas a Relés 

As saídas a relés, que podem ser usadas para acionamento de cargas, estão disponíveis nos conectores J17, J18, J19, J20, J21 e J22. A seguir é apresentada uma tabela com as saídas a reles e as respectivas ligações nos Arduinos.

Tabela 4 – Demonstra os conectores do KiT com os conectores do Arduino 

KiT de Automação	Arduino UNO R3	Arduino NANO
Relé 1	A5	A0
Relé 2	A4	A1
Relé 3	D13	D13
Relé 4	D12	D12
Relé 5	D11	D11
Relé 6	D10	D10

O kit disponibiliza ao usuário duas opções para comunicação RS232 e RS485, que são selecionadas através dos “jumpers” JP1 e JP2.

O barramento RS-232 esta disponível no conector DB9 J11. O seu circuito conta com o componente MAX232.

A comunicação com RS-485 está disponível no conector J26. Em seu circuito conta com o componente MAX485 (facilmente substituível por MAX487). Os “jumpers” JP5 e JP6 são utilizados para adicionar ou não o “Terminador” ao barramento de comunicação.

Fonte de Alimentação

Alimentação do KiT de Automação é feita através do conector J24, onde o pino 1 é GND e pino 2 é POWER. O circuito da alimentação externa possui um diodo de proteção, caso o usuário venha inverter a polaridade.

A tensão de alimentação é de 12V. O componente que possui maior influência para determinar a tensão do hardware são os relés. O circuito de alimentação conta também com regulador de tensão de 5V, que é o CI (Circuito Integrado) 7805.

LEDs de Sinalização 

O Kit de Automação conta com diversos LEDs no hardware, a fim de auxiliar o usuário no desenvolvimento de sua aplicação. Os LEDs estão presentes no circuito de alimentação, nas linhas de acionamento dos relés e nas entradas e saídas digitais

Proteção

Para a proteção o hardware contém diversos diodos TVS nas entradas e saídas. Assim, as entradas do kit ficam protegidas de qualquer tensão acima do limite especificado, evitando que o mesmo possa se danificar.  

Licença

Esse projeto foi publicado sob a licença Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International Public License. 

O Embarcados não tem qualquer compromisso comercial com esse projeto, sendo assim não nos responsabilizamos pela garantia de funcionamento ou pela fabricação de placas. A Empresa Mazza G-Tec apenas apoiou no desenvolvimento do protótipo, não assumindo nenhum compromisso comercial para a venda das placas, junto ao Embarcados. Sendo assim, para confecção de mais placas a negociação deve ser feita diretamente com a Empresa, sem envolvimento do Embarcados ou desenvolvedor do projeto. Devem ser respeitadas as licenças de publicação do projeto.

Conclusão

O Kit de Automação não se limita apenas à utilização com os Arduino UNO e NANO, o usuário pode e deve estar utilizando qualquer plataforma de desenvolvimento que seja baseada no “pinout” do Arduino. (Freedom Board, Intel Galileo e entre outras).

O hardware é indicado tanto para aplicações simples de automação industrial e residencial. Pois o KiT de Automação dispõe de entradas analógicas ideais para realizar leituras de sensores, entradas e saídas digitais galvanicamente isoladas, relés para acionamento de cargas e comunicação serial RS-232, RS-485.

Nos próximos artigos serão apresentados o layout da placa e o protótipo inicial do projeto.

Apoio

Para a confecção da PCI para o protótipo desse projeto contamos com o apoio da Mazza G-Tec, uma empresa focada para confecção de circuitos exclusivos, ou pequenas quantidades para protótipos e projetos com um bom custo benefício. 

Links para o projeto

Diretório do GitHub  

Circuito Elétrico