Ao desenhar a arquitetura de um sistema de instrumentação IoT, tudo parece simples: sensores inteligentes, módulos de aquisição de dados, processadores de borda e conectividade com a nuvem. O que o diagrama de blocos frequentemente não mostra são as conexões físicas entre esses sistemas.
Essas conexões podem afetar diretamente a confiabilidade do sistema. Vibrações podem afrouxar a conexão de um sensor, a umidade pode contribuir para a corrosão e uma crimpagem mal executada pode levar a falhas após a instalação. Esses problemas podem não aparecer em simulações, mas podem se tornar questões significativas em campo.
Este artigo aborda dois tipos de conectores amplamente utilizados em instrumentação IoT: fio-para-placa (wire-to-board) e fio-para-fio (wire-to-wire).
A seleção de conectores deve equilibrar retenção mecânica, resistência ambiental, tamanho, requisitos de montagem, facilidade de manutenção e flexibilidade de projeto.
Onde as conexões se encaixam na instrumentação IoT
A instrumentação IoT normalmente inclui sensores inteligentes, módulos de aquisição de dados e processadores de borda. Os sensores capturam grandezas físicas como temperatura, vibração e pressão. Os módulos de aquisição de dados coletam e digitalizam esses sinais, enquanto os processadores de borda realizam o condicionamento e o preparo dos dados para sistemas de automação e análises em nuvem.
Esses subsistemas podem ser fornecidos por diferentes fabricantes e frequentemente exigem conexões cabeadas para transmissão de sinais e alimentação elétrica. Os conectores fornecem a modularidade necessária para montagem, manutenção e substituição de componentes, mas cada conexão também introduz uma interface que deve permanecer segura sob as condições mecânicas e ambientais da aplicação.
O papel das conexões fio-para-placa e fio-para-fio
A comunicação sem fio desempenha um papel importante nos sistemas IoT, mas as conexões cabeadas continuam sendo essenciais para a transmissão de sinais de sensores e para a alimentação elétrica. Em instrumentação industrial, as conexões físicas fornecem comunicação confiável em ambientes onde o desempenho das tecnologias sem fio pode ser afetado por invólucros metálicos, ruído elétrico ou outras condições operacionais.
Os conectores fio-para-placa (wire-to-board) conectam sensores, linhas de alimentação e sinais externos a uma placa de circuito impresso (PCB). Dependendo da aplicação, essas conexões podem precisar suportar vibração, ciclos térmicos e outras condições ambientais, mantendo ao mesmo tempo um desempenho elétrico confiável.
Os conectores fio-para-fio (wire-to-wire) conectam trechos de cabos diretamente, sem a necessidade de uma PCB, oferecendo maior flexibilidade para montagem, manutenção e substituição em campo. Eles permitem que módulos ou seções de um chicote elétrico sejam desconectados e substituídos sem a necessidade de soldagem.
Principais desafios de projeto de conectores
Espaço e modularidade: Todo conector ocupa espaço na PCB ou no invólucro e introduz mais uma interface que deve permanecer confiável ao longo do tempo. Ao mesmo tempo, os conectores viabilizam projetos modulares, simplificam a montagem e os testes e permitem a substituição de módulos individuais durante a manutenção. A seleção do conector deve equilibrar as restrições de espaço com o nível de modularidade e facilidade de manutenção exigido pela aplicação.
Condições ambientais: A instrumentação industrial pode estar exposta a choques mecânicos, vibração, altas temperaturas, umidade e outras condições ambientais. Por isso, especificações como temperatura de operação, método de travamento, confiabilidade dos contatos e grau de proteção ambiental devem ser avaliadas de acordo com os requisitos reais da aplicação.
Flexibilidade de projeto: Os requisitos do sistema podem mudar durante o desenvolvimento, incluindo a escolha dos sensores, a quantidade de vias, o layout da PCB e as necessidades de cabeamento. Famílias de conectores que oferecem múltiplas opções de número de posições, orientações, estilos de montagem e mecanismos de travamento podem acomodar essas mudanças, minimizando a necessidade de reprojetar chicotes elétricos e placas de circuito impresso.
Combinando os recursos do conector com os requisitos da aplicação
As aplicações de instrumentação IoT podem apresentar diferentes requisitos em termos de tamanho, capacidade de corrente, proteção ambiental, montagem e segurança da conexão. Um portfólio amplo de conectores permite que os projetistas selecionem a configuração e o método de travamento mais adequados para cada conexão.
As famílias de conectores da Hirose apresentadas a seguir ilustram diferentes abordagens para projetos de conexões fio-para-placa (wire-to-board) e fio-para-fio (wire-to-wire).
DF11: Opções versáteis de conexão
A Série DF11 é uma família de conectores fio-para-placa com passo de 2 mm, compatível com fios na faixa de 22 a 30 AWG. As configurações disponíveis incluem versões de uma ou duas fileiras, retas ou em ângulo de 90 graus, para montagem por furo passante (through-hole) ou montagem em superfície (SMT), além de variantes em linha e placa-a-placa (board-to-board). Seu invólucro do tipo caixa com proteção em quatro lados, o sistema de travamento por fricção e os recursos de prevenção de acoplamento incorreto proporcionam uma conexão segura, ao mesmo tempo em que ajudam a evitar encaixes indevidos. Essa ampla variedade de configurações torna a série DF11 uma opção versátil e econômica para conexões de sinais de uso geral.
DF51/DF51K: Conexão com travamento positivo
Para aplicações que exigem maior segurança de conexão, a série DF51 utiliza um sistema de travamento positivo, em vez de depender apenas do travamento por fricção. A versão DF51, com passo de 2 mm, emprega um mecanismo de trava lateral, enquanto a DF51K utiliza uma trava central projetada para montagens de maior densidade e fornece um clique tátil que confirma o encaixe completo do conector. Ambas as versões incorporam recursos para evitar conexões incorretas e oferecem suporte ao encapsulamento com resina (potting), proporcionando proteção adicional contra umidade e poeira.
A série DF51 compartilha os mesmos terminais de crimpagem e ferramentas da série DF11, permitindo que os projetistas migrem de um sistema com travamento por fricção para um sistema com travamento positivo sem a necessidade de alterar o ferramental de crimpagem. A série DF51 também inclui opções de conexão fio-para-fio e conexões derivadas (branch connections), oferecendo maior flexibilidade de cabeamento. À direita: Série DF51 da Hirose Electric
DF62/DF62W: Conexões compactas fio-para-fio e fio-para-placa
A série DF62 oferece opções de conexão tanto fio-para-fio (wire-to-wire) quanto fio-para-placa (wire-to-board) em um design compacto. A configuração fio-para-fio em linha permite conexões diretas entre cabos em aplicações de cabeamento interno com espaço limitado, enquanto a configuração fio-para-placa com montagem por furo passante (through-hole) conecta o cabo diretamente a uma placa de circuito impresso (PCB). A utilização de uma única família de conectores para ambos os tipos de conexão pode simplificar a seleção de componentes e promover a padronização do projeto.
Para aplicações expostas à umidade, a série DF62W oferece uma opção à prova d’água em um formato igualmente compacto. Isso a torna adequada para aplicações como sistemas de sensores externos e instrumentação exposta a ambientes úmidos. À esquerda: Série DF62W da Hirose Electric
DF63/DF63W: Conexões de potência fio-para-fio
Para conexões de potência com correntes mais elevadas, a série DF63 oferece uma conexão fio-para-fio com capacidade de até 15 A e passo de 3,96 mm. O conector possui um sistema de travamento seguro com confirmação tátil por clique durante o acoplamento, além de recursos de proteção contra inserção incompleta dos terminais crimpados e montagem invertida. Sua construção em linha conecta diretamente dois cabos de alimentação, permitindo que as conexões de potência entre módulos sejam desconectadas para montagem ou manutenção.
A série DF63W oferece capacidade de até 14 A em conexões fio-para-fio com design à prova d’água para aplicações que exigem proteção ambiental. Isso a torna adequada para conexões de alimentação entre módulos em sistemas de instrumentação instalados ao ar livre ou expostos à umidade.
Escolhendo a Família de Conectores Adequada
As famílias de conectores apresentadas acima fazem parte do amplo portfólio de conectores para sinais e potência da Hirose. A linha SignalBee inclui conectores fio-para-placa e fio-para-fio para aplicações de sinal; a linha SnapBee reúne conectores compactos e de baixo perfil para conexões fio-para-placa e fio-para-fio com mecanismos de travamento seguros; e a linha EnerBee inclui conectores projetados para aplicações de potência com correntes mais elevadas. Esses grupos de produtos fornecem um ponto de partida para a seleção de soluções de interconexão com base nos requisitos elétricos, mecânicos e de encapsulamento da aplicação.
Conclusão
A confiabilidade da instrumentação IoT depende não apenas dos sensores, da aquisição de dados e do processamento, mas também das conexões entre esses sistemas. A escolha dos conectores pode impactar diretamente a confiabilidade, a facilidade de manutenção, a montagem e a capacidade de acomodar alterações de projeto.
O objetivo não é simplesmente minimizar a quantidade ou o tamanho dos conectores, mas selecionar cada conexão de acordo com seus requisitos específicos. Um conector com trava por fricção pode oferecer uma solução econômica quando a flexibilidade de configuração é importante; um projeto com travamento positivo pode proporcionar maior segurança de conexão; conectores compactos fio-para-fio podem atender a chicotes elétricos com restrição de espaço; versões à prova d’água podem fornecer proteção em ambientes expostos à umidade; e conectores para correntes mais elevadas podem suportar a distribuição de energia entre módulos.
Um portfólio abrangente de conectores permite que os projetistas atendam aos requisitos elétricos, mecânicos, ambientais e de encapsulamento de cada conexão, mantendo ao mesmo tempo uma abordagem consistente em todo o sistema.
*Este post foi patrocinado pela Hirose Electric
