sábado, 27 de julho de 2013

Medição de Pressão com Netduino Plus - Parte 1

Esses dias encontrei com um amigo meu de longa dada que hoje faz parte de uma comunidade de ASAMCO. Se você é como eu e não entendeu o que significa é bom dar uma olhada na internet. Trata-se de um estilo de arte marcial, tem até uma comunidade no velho orkut.

Bom, eles tem um problema sério, não encontram um medidor de força de impacto que esteja em um preço assim comprei o desafio para mim de fazer um equipamento dessa natureza.

A primeira coisa que fiz foi pesquisar sobre o assunto buscar informações sobre como de fato é feito comercialmente esse tipo de medição: "Como medir a força de um soco ?" Acho que ninguém nunca se preocupou muito com isso quando via um lutador de UFC na TV uma sensação nacional contemporânea....

Eu foi atrás da resposta para isso, a final, a Globo sempre diz o que quer e manipula as informações, o que dirá de uma medida tão subjetiva como a força exercida por um soco humano. Focando no aspecto básico da coisa sabemos que
 F = ma [N]
Yes! Força é medida em Newton's que nada mais do que [kg.m/s²]. Tradicionalmente se utiliza a Libra como medida de força, 0,45359 kg. Não encontrei uma justificativa muito elaborada, mas é simplesmente o valor "Oficial" da força dividido pela aceleração da gravidade, isso ajuda a melhorar a sensibilidade das pessoas quanto é o efeito da força, ou seja, para um soco de 100lbs equivale a 441 N significa algo perto de um peso de 45 kg caindo sobre seus braços... 

Achei um site com uma explicação bem simples "Calculation for Punching Force" que trata da força de um bate-estaca ou um temprano de sondagem a percussão. Pesquisando mais um pouco achei esse videio que mostra o equipamento em ação, já tinha visto pessoalmente mas não com a galera tão sangrenta, nesse videio pude perceber alguns detalhes que comprometem o esquema de medida, o ultimo cara que golpeia não tem a medida executada corretamente porque a canela dele escorrega por cima do ponto de medição. O que tira da parede o medidor está com uma direção tal que a força contrapõe mais a gravidade do que atinge o sensor (vira velocidade não amortecimento).

Outro detalhe que o vídeo mostra é que o colção por trás do medidor contribui para amortecimento do impacto absorvendo parte da energia  ao longo do tempo.



 Pesquisando um pouco mais encontre este site eHow, nada de especifico apenas uma descrição que me deixou mais animado: "Força de perfuração é uma métrica mensurável para a eficácia em treinamento de artes marciais, apesar de não medir a eficácia de uma determinada técnica. A força é medida em Newtons, que expressam a quantidade de energia necessária para mover uma dada massa de uma determinada distância. Impacto da energia é expressa em pascal, que é uma unidade de pressão, e divide força em newtons por a área de superfície da superfície de impacto."

No site tinha uma pequena receita de bolo de como fazer uma medição de força passo-a passo com coisas de casa. Bem simples calcular a força do impacto pela força e a variação do deslocamento do punho entre farmes consecutivos da câmera. Bem engenhoso, mas ainda pouco prático para o nosso sistema automático de medida fia mais complexo. Queria uma solução que pudesse medir massa e aceração através de uma única grandeza o que é difícil, ou que me desse a sessação do valor.


Outro site com informações foi o Hack A Day que tinha um artigo sobre Punching accelerometers, nada de muito profundo só que deixou meio no ar a forma com que o medidor foi realmente feito junto com uma imagem que eu acredito que seja meramente ilustrativa a tomar pelos comentários do artigo. O que tinha mesmo de interessante era o outro artigo relacionado, onde ele pretendia usar o acelerômetro, no Makiwara que é uma tábua para abter originalmente usara por grupos de Karate, o site mostra como fazer uma, aqui tem um video de um cara usando, vovó ninja:



Base para mim de fato foi esse artigo publica na EE Times por Marian Petre onde ele usa um Arduino Mega para medir a dinâmica dos socos num saco de pancadas. De fato o projeto dele é bem mais elaborado que o meu de 1 dia... O objetivo era verificar todas os estimulosos dados pelo lutador no seu treinamento e avaliar a performance através do estilo de ataque e bla blá blá...

Uma das partes mais interessantes deles é exatamente a escolha do sensor a ser usado a final precisaram comprar vários deles para preencher todo o saco de pancadas e obter a posição razoável onde o golpe foi aplicado. A solução no caso deles foi fazer um sensor de membrana por conta própria que separada por um dielétrico funcionava como um sensor razoável. Muito embora seja só a medição de posição do impacto que a intensidade foi estimada com um acelerômetro o sensor me deu mais asas para criar o meu próprio dispositivo de medição.

De qualquer forma o que queremos mesmo é calcular a força de um soco. O que como eu disse no inicio se confunde muito com força execrida pro máquinas para executar cortes e perfurações como é o caso das prensas. Unindo uma coisa na outra podemos considerar que a se colocarmos um saco cheio de ar no meio do podemos calcular a pressão exercida num soco sobre ele através da pressão uniforme que surge sobre cada cm² devido a redução de volume, ou seja, podemos medir a força aplicada por um soco ou um chute com o medidor de pressão.

A bem da verdade é que eu não criei nada. Peguei um sensor de pressão comum, o MPX4250AP que é capaz de medir pressões de 20 kPa até 250kPa. Sabendo que a "pressão" do soco do Magila chega a 240kg (vamos considerar 400kg bem conservativo) que multiplicado pela aceleração da gravidade equivale a uma força de fato de 3920N, como a pressão é dada por:

 p = \frac{F}{A}

 Então temos que ter uma área de 0,0157 m² para que isso produza uma pressão de 250 kPa ( máximo do sensor ). Ou seja uma bolsa térmica! Vou preparar o sensor e ver se testo na semana que vem!






μLiquidCrystal: uma biblioteca universal para LCD's

Primeiramente gostaria de informar aos navegantes das terras do Netduino que eu estou vivo ainda, muito embora debilitado pela falta de tempo ainda companho vagamente os post's no fórum do Netduino que continua sendo uma grande fonte di informação e de perspectivas para novos projetos.

Nesse grande feriado papal a minha única alternativa foi me debruçar nos meus projetos pessoais... Esta semana tinha recebido a ligação de um amigo meu que tinha solicitado um projeto de medição de pressão, que nunca foi concluído por mero descuido meu.

Pegando a placa novamente pude perceber que o estádio de desenvolvimento era bom mas como todo bom engenheiro perdi o tal do código, ou seja, começar tudo outra vez...  Iniciando pelo inicio mesmo, como piscar o LED com Netduino... E como tinha de ser tive que reaprender muitas coisas entre elas a usar o LCD 16x2. A primeira coisa que fiz foi tentar ligar o Netduino depois escreve algo no LCD mas pasmem não consegui... não estava como tinha postado no Blog...

Depois de pesquisar por incessantes 3 horas percebi que tinha usado μLiquidCrystal. Trata-se de um abiblioteca especialmente feita para  interfacear com dispositivos de LCD com o Netduino que está disponível no CodePlex desde 2010.

Qual a grande vantagem dela? Simples, não precisa de nenhum periférico a mais apenas uma ligação direta com o LCD 16x2 sem nenhum periférico, o sonho de qualquer entusiasta. O artigo que encontrei primeiramente foi este: Netduino - Getting Started with LCD do Blog do Jeroen Swart. Depois investiguei mais um pouco e cheguei na Ligação que ele utilizou proveniente do artigo base do Arduino, que está aqui abaixo:

Quando eu li o artigo do Blog do Szymon Kobalczyk's, a primeira impressão que tive era que tratava-se de uma DLL para usar o HD44780 como interface serial/paralela, mas a DLL faz muito mais que isso.

O Resultado de testes está na foto abaixo que tirei ontem a noite  do código funcionando na Placa do Netduino Plus. A única dificuldade que tive é foi para fazer funcionar no Netduino Plus, porque a compilação que está no site (ou melhor, a solução com código fonte que você mesmo compila) foi feita para o Netduino com .NETMF 4.1... A primeira vez dava um erro e não debugava muito embora a compilação da solução fosse feita normalmente... o que me deixou inicialmente bem confuso. Ajustei o .NETMF da solução do MicroLiquidCrystal para 4.2 e nada...

A ultima alternativa foi aplicar o método lusitando e refazer a solução para o Netduino Plus incluindo todos os arquivos da solução convencional do MicroLiquidCrystal e funcionou ! A foto do deste está abaixo:


O código de teste está logo abaixo, veja que você pode configurar cada pino do LCD para ficar em uma IO diferente e o código gerencia tudo isso sozinho, mas fácil que isso impossível.

1:  using System;  
2:  using MicroLiquidCrystal;  
3:  using System.Net;  
4:  using System.Net.Sockets;  
5:  using System.Threading;  
6:  using Microsoft.SPOT;  
7:  using Microsoft.SPOT.Hardware;  
8:  using SecretLabs.NETMF.Hardware;  
9:  using SecretLabs.NETMF.Hardware.NetduinoPlus;  
10:  namespace N__LCD16x2  
11:  {  
12:    public class Program  
13:    {  
14:      public static void Main()  
15:      {  
16:        // write your code here  
17:        // create the transfer provider, use direct GPIO provider  
18:        // Initialize the library with the numbers of the interface pins  
19:        //// Use wiring shown here http://arduino.cc/en/uploads/Tutorial/lcd_schem.png  
20:        var lcdProvider = new GpioLcdTransferProvider(Pins.GPIO_PIN_D12,  // RS  
21:                                Pins.GPIO_PIN_D11,  // ENABLE  
22:                                Pins.GPIO_PIN_D5,   // D4  
23:                                Pins.GPIO_PIN_D4,   // D5  
24:                                Pins.GPIO_PIN_D3,   // D6  
25:                                Pins.GPIO_PIN_D2);  // D7  
26:        // create the LCD interface  
27:        var lcd = new Lcd(lcdProvider);  
28:        // set up the LCD's number of columns and rows:   
29:        lcd.Begin(20, 2);  
30:        // print a message to the LCD.  
31:        lcd.Write("Sonhando com Net!");  
32:        OutputPort led = new OutputPort(Pins.ONBOARD_LED, false);  
33:        while (true)  
34:        {  
35:          // set the cursor to the first column on the second line  
36:          lcd.SetCursorPosition(0, 1);  
37:          // print the number of milliseconds since reset:  
38:          lcd.Write((Utility.GetMachineTime().Ticks / 10000).ToString());  
39:          //Liga  
40:          led.Write(true);  
41:          Thread.Sleep(1000);  
42:          //desliga  
43:          led.Write(false);  
44:          Thread.Sleep(1500);  
45:        }  
46:      }  
47:    }  
48:  }  

Para baixar o código fonte para Netduino Plus clique aqui.

domingo, 28 de abril de 2013

Electricity, Gas and Temperature Monitoring with Netduino Plus



Como fiquei muito tempo sem tocar no meu Netduino simplesmente o tempo passou e coisas novas surgiram. Hoje nas minhas pesquisas no blog tentei buscar saber o que os nossos amigos entusiastas andam fazendo a respeito do quando repentinamente me deparei com um dos projetos mais sagazes que eu já tinha visto com o Netduino Plus: um multimedidor integrado para medição de águal, luz e gás com aplicações em energias renováveis.


A página do Code Plex pode ser acessa através desse LINK. Trata-se de um Medidor de energia elétrica, um verdadeiro Smart Meter que está equipado com uma porta P1 que, se acionado, entrega uma mensagem a cada 10 segundos com informações sobre energia elétrica consumida (kWh), eletricidade entregue (kWh), o uso atual (kW), entrega atual (kW) , que tarifa está sendo usado e, além disso pode ser usado como um Smart Meter para gás, medindo a vazão de gás (m³). Também inclui uma função de medição de energia individualizada que se aplica, por exemplo, registro PV pode ser conectado e logado para PVOutput.org etc (Funciona como Dataloger)

O código do medidor  está escrito em Visual Basic 2010 Express que é executado em um Netduino Plus e / ou um Netduino Plus 2 (pasmem o cara é ninja!!!). O código já possui as configurações para funcionar com as plataformas PVOutput, Cosm e ThingSpeak em um intervalo configurável por serviço além de possibilitar a gravação no cartão microSD com capacidade máxima de 2GB.

O idealizador dessa arte é o Gé Brander responsável pelo suporte a plataforma que começou com força me Março desse ano 2013.

Fica para os entusiastas o vídeo do que o medidor é capaz de fazer!
Netduino Forum Post: http://forums.netduino.com/index.php?/topic/7364-dutch-smart-meter-and-s0-meter-logging/

Netduino Plus 2 - Mais memória e mais processameneto



    Já faz algum tempo que eu não posto nada no blog. Desculpe a demora, acontece que ue mudei de emprego e a demanda lá é diferente e tive que estudar algumas coisas novas.

    Na verdade, muito embora eu goste de eletrônica e tudo mais, eu sou engenheiro elétrico sendo assim eu trabalho com algumas coisa que fogem um pouco a necessidade. Hoje eu estou trabalhando com projetos de Linhas de Transmissão de Energia, nada a ver com o Netduino e eletrônica (a princípio...)

    De todas as formas estou aqui para escrever um post sobre o Netduino Plus 2 que já está ai desde Novembro, se não me engano, e até agora não pude velo em funcionamento.

    O Netduino Plus 2 tem quatro vezes a velocidade (168MHz), seis vezes o espaço de código (384KB), e duas vezes a RAM disponível (100KB +) do que Netduino Plus. Ele também tem mais periféricos como quatro portas seriais, seis canais PWM e um poderoso ADC de 12-bit. O pino de programação nativa também foi modificado, o ICSP 6-pin foi trocado por um header MiniJTAG de 10 pinos. O objetivo é permitir que desenvolvedores de compilar seu próprio firmware usando o GCC e depurar código gerenciado e nativo ao mesmo tempo (muito bom mesmo que ainda não tenha feito nenhuma experiência a respeito).

    Em todos os casos é um hadware muito mais poderoso o que vai resolver muitos problemas que temos hoje em especial com relação as latências na comunicação pela internet (atualização de página) e aos problemas de falta de memória.

    Fato é que isso é uma resposta a nossa pequenina Raspberry PI que chegou no mercado para acabar com qualquer outra plataforma. Em especial para nós brasileiros que temos infinitos problemas de importação a Farnell trouxe a  Raspberry PI por simbólicos R$ 170,00 enquanto o Nteduino Plus custa por ai mas de R$ 200,00 e não tem nem um 15% do desempenho.

    Eu vou continuar investindo no Netduino como uma alternativa (até porque eu tenho algumas placas aqui ainda) e porque a facilidade de programação é grande.

    A facilidade é tão grande que esses dias achei umPost sobre ela num blog sobre AutoCAD .NET (assunto do meu outro blog). KEAN WALMSLEY, especialista em .NET para AutoCAD postou em fevereiro deste ano um artigo sobre o Netduino Plus 2 (veja aqui) o que me deixou realmente surpreso porque ele não é dessa área.

    Por fim, vamos continuar atentos no Projet ShowCase do forum do Netduino que sempre é possível ver onde podemos chegar por ali.

PS.: Vou tentar postar com mais frequência!