Desafio da semana de 04/05 a 09/05. Carga de um circuito RC com Arduino

Carregamento e Descarregamento 
de um Capacitor

O desafio consiste na criação de um circuito semelhante a um nobreak, utilizando um capacitor de 1 µF. O circuito acenderá um LED vermelho quando o capacitor estiver totalmente carregado, e quando o capacitor descarregar totalmente um LED verde acenderá. Para que possamos acender e apagar um LED precisaremos utilizar formulas para descobrirmos o tempo de descarregamento do Capacitor. 

Para isso iremos ver 3 fórmulas que nos proporcionará o tempo em segundos de descarga. A primeira fórmula que utilizaremos servirá para descobrir a constante de tempo:

T = Contante de tempo em segundos.

R = Resistência em ohms.

C = Capacitância total do Capacitor em Farads.

As outras duas fórmulas são derivações da formula principal (T = R X C), onde respectivamente uma servirá para descobrirmos o valor da resistência e a outra para descobrirmos a capacitância:

  

Para a montagem do circuito, utilizamos os seguintes componentes:
1 - Interruptor;
4 - Resistores: três de 100 Ω e um de 1 MΩ;
1- Capacitor polarizado de 1 µF;
2 - LEDs: 1 Verde e 1 Vermelho;

Vamos dividir o desafio em duas partes. A primeira parte é a montagem do circuito onde iremos explicar, passo a passo, a montagem para que o capacitor carregue e descarregue corretamente. A segunda parte é a criação do código que será responsável pela leitura de carga e descarga do Capacitor.

A montagem do Circuito:

Passo 1: Primeiramente devemos adicionar o interruptor na protoboard e em seguida ligar um resistor (1MΩ) no terminal 2 do interruptor. Após ter feito isso, deve-se ligar um outro resistor de modo que ambos formem um ângulo de 90º. Seu circuito deverá ficar dessa forma:

Passo 2: Neste passo devemos adicionar o Capacitor Polarizado com sua perna negativa posicionada no terminal 2 do resistor de 100Ω e conectar sua perna positiva no polo positivo. Após ter feito isso deve-se fazer uma ligação para uma porta analógica (A0 foi a escolhida).

Passo 3: Para finalizar o circuito, devemos adicionar o Terminal 2 dos resistores no polo negativo e em seguida conectar os LED'S no terminal 1. Após ter feito isso, escolha duas portas digitais (13 e 12 foram as escolhidas) para conectar os LED'S.

A criação do Código:

int VR = analogRead(A0);//Lê a porta A0

float VrVolts =(VR*(5.0/1023.0)); //Transforma em volts

A variável VR irá servir para armazenar os valores lidos pela porta A0. 

A variável VrVolts irá servir para armazenar o valor da tensão em volts.

A equação VrVolts =(VR*(5.0/1023.0)); irá transformar em volts o valor lido pela porta analógica. O valor 5.0 é a tensão total do circuito e 1023 corresponde ao valor máximo de 10 bits quando a voltagem é 5 volts.

A equação rc servirá para descobrir o intervalo de tempo necessário para carregar e descarregar o Capacitor

if (VcVolts < 4.99 ){ //Carregando/Descarregado
         digitalWrite(13, HIGH);
         digitalWrite(12, LOW);
  }else{
  digitalWrite(13, LOW);       
  digitalWrite(12, HIGH); //Totalmente Carregado
}

A primeira condição servirá para manter um LED verde aceso enquanto o Capacitor estiver carregando ou descarregado, ou seja, quando o Capacitor tiver uma medida de tensão menor que 5 volts. A segunda condição irá fazer com que um LED vermelho acenda quando o Capacitor estiver totalmente carregado, ou seja, quando tiver uma medida de tensão de 5 volts.

CÓDIGO:

unsigned long tempo;

double carregamento = 0;

void setup() {

Serial.begin(9600);

pinMode(13, OUTPUT);

pinMode(12, OUTPUT);

}

void loop() {

    tempo = millis();

    int vR = analogRead(A0);//Lê a porta A0

    float vrVolts =(vR *(5.0/1023.0)); //Transforma em volts

    float vcVolts = 5.0- vrVolts;

  float constTempo = vR * vrVolts;

  float tempoCarga = 1000000 * 0.000001;  //rc = capacitância do Capacitor  * resitência 

  if(vrVolts < 5.0){

    carregamento = carregamento + 0.08; //Acréscimo de 0.08 segundos no tempo decorrido

  // Imprime os valores lidos

Serial.print(vrVolts);

Serial.print(" ");

Serial.print(vcVolts);

Serial.print(" ");

Serial.print(tempo);

Serial.print(" ");

Serial.print(constTempo);

Serial.print(" ");

Serial.print(tempoCarga);

Serial.print(" ");

Serial.println(carregamento);

  

if (tempoCarga > carregamento ){  //Enquanto o tempo para carregar o capacitor for maior que o tempo de carga decorrido ,o led vermelho indica que não está carregado.

 

         digitalWrite(13, HIGH);

         digitalWrite(12, LOW);

  }else{

  digitalWrite(13, LOW);       

  digitalWrite(12, HIGH); //Totalmente Carregado

}

delay(500); 

}

TINKERCAD: https://www.tinkercad.com/things/1MVlRShNzqc

Relatórios:

Eric Henrique de Lira:

Gabriel Greco:

Renan Alencar Dores: