Blog em desenvolvimento

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Dimmer Shield - controle pelo ethernet e botão - 1 canal

Tutorial para controlar o novo Dimmer Shield via ethernet, utilizando um shield Ethernet Shield w5100, um arduíno UNO e um smartphone.

ATENÇÃO: Neste projeto utiliza conexão direta à rede elétrica, se for feito ligação de forma inadequada pode causar CHOQUE ELÉTRICO e INCÊNDIO. Só execute este projeto caso você tenha conhecimento com instalações elétricas!

Neste tutorial vamos utilizar um novo Dimmer Shield, um arduino UNO, um shield Ethernet Shield W5100 e um smartphone android.

*Antes de prosseguir com esse tutorial, olhe este link, da primeira atualização do blog, para ver como é a ligação elétrica e para configurar os jumpers de seleção dos pinos dos botões e de disparo do TRIAC.

Descrição:
O novo Dimmer Shield é um shield para arduíno. É utilizado para controlar a potência de aparelho elétricos doméstico, por exemplo, lâmpada incandescente, lâmpadas fluorescente ou LED dimerizáveis, ventilador de mesa e de teto, liquidificador, entre outros.

Está a venda neste link:
http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-775276602-dimmer-shield-arduino-110vac-e-220vac-ate-trs-canais-_JM

Figura 1 - Novo Dimmer Shield para arduíno


Ethernet Shield W5100:
O Ethernet Shield é um módulo para utilizar com arduino. Este módulo permite conectar o Arduino a um roteador e transmitir dados por um cabo Ethernet, com isso é possível ler ou mandar informações do Arduino a partir de outro ponto em sua rede. A Figura 2 mostra o shield utilizado.

Figura 2 - Ethernet Shield W5100

Neste tutorial as portas digitais de comunicação do arduino com o Ethernet Shield foram D10, D11, D12 e D13. Diante disso, não será possível utilizar essas portas para outra aplicação.

O endereço IP é definido pelo código de programa. O endereço IP tem que ter as iniciais do endereço local do roteador WiFi, ou seja, no roteador do tutorial é 192.168.0.1, no número sublinhado será inserido o endereço do shield ethernet, para este exemplo será utilizado 155, ficando desta forma: 192.168.0.155.

Obs.: Verificar no roteador se o ip está disponível! Pode existir outro equipamento com este endereço, pode ser um tablet, smartphone, notebook, entre outros. Diante disso não vai funcionar a comunicação.



Aplicativo Dimmer Shield Ethernet:
O aplicativo "Dimmer Shield Ethernet - 1 ch" está disponível gratuitamente no Play Store do Android. O funcionamento é fazendo uma determinada requisição via endereço ip do ethernet shield mais uma barra e o comando, ou seja, o endereço ip vai está na caixa de texto inserido pelo usuário. Neste tutorial o ip do shield será "192.168.0.177". Quando alguns dos quatro botões é pressionado, ele acessa o endereço  ip mais um comando, segue a tabela abaixo:

Botão
"- intensidade"        <=>    http://192.168.0.177/?Diminuir
"+ intensidade"       <=>    http://192.168.0.177/?Aumentar
   "Desligar"            <=>    http://192.168.0.177/?Desligar
     "Ligar"               <=>    http://192.168.0.177/?Ligar

A figura 3 mostra o passo a passo de pesquisar o aplicativo e instalar no smartphone. No play store do android, coloque o nome "Dimmer Shield Ethernet" na caixa de texto 'Pesquisar no Google Play'. Na janela de descrição do aplicativo pressione INSTALAR, e depois de instalado clique em ABRIR.


   
Figura 3 - Passo a passo de pesquisar e instalar o aplicativo no android

A figura 4 mostra a interface do aplicativo. O campo do endereço IP está vazio, é necessário inserir conforme o endereço do ethernet shield, que foi configurado via código inserido no arduino, no nosse tutorial foi o 192.168.0.155. Após a inserção do endereço, pressionar o botão "Salvar IP".

  
Figura 4 - Interface do aplicativo "Dimmer Shield Ethernet - 1 ch"


Código de programação:
Segue o código de programação utilizado neste tutorial. Observar os comentários, para fazer as alterações de acordo com os jumpers na placa, e alterar o endereço IP, caso não esteja disponível na sua rede. Copiar e colar na IDE do arduino e depois fazer o upload do código.


//------------------------------Inicio do programa---------------------------------------
//André Kuhn - Automação
//Email - andrekuhn.automacao@gmail.com
//Código para o Dimmer ser controlado pela internet local

#include         //Incluindo a biblioteca de Comunicação SPI
#include    //Incluindo a biblioteca de Comunicação Ethernet

//Inserindo o endereço MAC do ethernet shield
byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };

//Inserindo o endereço IP do ethernet shield, verificar a disponibilidade
//do endereço na rede local
IPAddress ip(192, 168, 0, 155);

//Inicializando a biblioteca Ethernet Server com o endereço IP e a porta
//que você deseja usar porta padrão é 80 para o HTTP
EthernetServer server(80);

//Pino digital responsável pelo chaveamento do TRIAC, o novo Dimmer Shield
//pode utilizar os pinos digitais 3, 5 e 6, é necessário alterar o jumper na
//placa. Para utilizar no antigo Dimmer Shield, o pino é o 3.
int load = 3;

//Porcentagem inicial em 40%, variável com valor da 0 a 100.
volatile int power = 40;

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Declarando os pinos de leitura dos botões B0 e B1 do novo Dimmer Shield,
//o botão B0 podem ser A0, A1 e A2, e o botão B1 as entradas A3, A4 e A5.
//Para este tutorial os pinos será B0 -> A2 e B1 -> A5.
//*****Pois o A0 e A1, do meu ethernet shield está em nível alto o*********
//*****tempo todo, acredito que seja defeito no shield ethernet.***********
//*****Diante disso, coloquei os pinos A2 e A5, para os botões B0********
//*****e B1, respectivamente.*************************************
//*****Lembrar da alteração dos jumpers na placa.********************
//No antigo Dimmer Shield os pinos dos botões são fixos, pino 4 e 5.
int botao_0 = A2, botao_1 = A5;
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//Criando variável para receber o comando vindo pelo ethernet shield, e
//definindo com valor inicial zero.
int comandoEthernet = 0;

//Inicializando a função de configuração das portas digitais e analógicas
void setup()
{
  //Declarando o pino digital load (digital 3) como saída
  pinMode(load, OUTPUT);

  //Inicializa interrupção. O número zero indica a porta 2 do arduino,
  //zero_cross_int é a função que será chamada toda vez que pino 2 do
  //Aeduino, "subir" (RISING) de valor de 0 para 1.
  attachInterrupt(0, zero_cross_int, RISING);

  //Inicialiazando a comunicação Ethernet e o servidor:
  Ethernet.begin(mac, ip);
  server.begin();

  //Declarando o pino do botão 0 como entrada
  pinMode(botao_0, INPUT);
  //Declarando o pino do botão 1 como entrada
  pinMode(botao_1, INPUT);

  //Colocando o pino do botão 0 em nível baixo (0 volt)
  digitalWrite(botao_0, LOW);
  //Colocando o pino do botão 1 em nível baixo (0 volt)
  digitalWrite(botao_1, LOW);
}

//Função responsável por executar a lógica de programação
void loop()
{
  //Escuta para a chegada dos clientes.
  EthernetClient client = server.available();

  //Se o cliente estiver conectado, executa esta condição.
  if (client)
  {
    //Fazendo a impressão do cabeçalho de página html.
    client.println("HTTP/1.1 200 OK");
    client.println("Content-Type: text/html");
    client.println("Connection: close");
    client.println();
    client.println("");
    client.println("");
    client.println("
");
    //Um requerimento final HTTP com uma linha branca
    boolean currentLineIsBlank = true;

    //Criando variável vars, do tipo string.
    String vars;

    //Enquanto o cliente estiver conectado, executa o loop while
    while (client.connected())
    {
      //Se tiver alguma requisição do cliente, executa esta condição.
      if (client.available())
      {
        //Lendo a requisição do cliente, e armazenando na variável c.
        char c = client.read();

        //Fazendo a concatenação dos caracteres e armazenando na string vars.
        vars.concat(c);

        //Fazendo a leitura da requisição e verificando o tipo de comando
        //enviado pelo cliente.
        if (vars.endsWith("/?Diminuir")) comandoEthernet = 1;
        else if (vars.endsWith("/?Aumentar")) comandoEthernet = 2;
        else if (vars.endsWith("/?Desligar")) comandoEthernet = 3;
        else if (vars.endsWith("/?Ligar")) comandoEthernet = 4;

        //Se chegou ao fim da linha (recebeu um caractere de nova linha) e a
        //linha estiver em branco, o pedido http terminou.      
        if (c == '\n' && currentLineIsBlank)
        {
          break;
        }

        //Se o caracter c é igual a '\n', executa esta condição
        if (c == '\n')
        {
          //Começando uma nova linha
          currentLineIsBlank = true;
        }

        //Se senão, e c é igual a '\r', executa esta condição
        else if (c != '\r')
        {
          // you've gotten a character on the current line
          currentLineIsBlank = false;
        }
      }
    }

    // give the web browser time to receive the data
    delay(1);
    // close the connection:
    client.stop();
  }


  //Verificando se o botão 0 foi pressionado ou se a variável comandoEthernet
  //é igual a "1"
  if ((digitalRead(botao_0) == HIGH) || (comandoEthernet == 1))
  {
    //Se power (porcentagem) for maior que 0, executa
    if (power > 0)
    {
      //Faz a subtração do power anterior com 10 (decremento de 10)
      power = power - 10;
    }

    comandoEthernet = 0;

    delay(100); //Espera de 100 milisegundos

  }

  //Verificando se o botão 1 foi pressionado ou se a variável comandoEthernet
  //é igual a "2"
  if ((digitalRead(botao_1) == HIGH) || (comandoEthernet == 2))
  {
    //Se power (porcentagem) for menor que 100, executa
    if (power < 100)
    {
      //Faz a soma do power anterior com 10 (incremento de 10)
      power = power + 10;
    }

    comandoEthernet = 0;

    delay(100); //Espera de 100 milisegundos
  }

  //Verificando se a variável comandoEthernet é igual a "3"
  if (comandoEthernet == 3)
  {
    //power recebe valor 0, desliga a carga (0%)
    power = 0;

    comandoEthernet = 0;
  }


  //Verificando se a variável comandoEthernet é igual a "4"
  if (comandoEthernet == 4)
  {
    //power recebe valor 100, liga a carga (100%)
    power = 100;

    comandoEthernet = 0;
  }

}

//Função executada quando o Dimmer Shield detecta a passagem por zero da
//tensão alternada (senóide)
void zero_cross_int()
{
  //Cálculo do ângulo de disparo: 60Hz -> 8,33ms (1/2 ciclo)
  //(8333us - 8,33us) / 100 = 83 (aproximadamente)

  //O powertime é o tempo que o TRIAC permanescerá desligado quando é
  //detectado o ponto 0 da senóide e varia de 0 a 8300 microsegundos
  int powertime = (83 * (100 - power));

  //Se o powertime for menor ou igual a 300 microsegundos, dar o comando
  //de ligar a lâmpada (carga) - potência total fornecida
  if (powertime <= 830)
  {
    //Liga o pulso do sinal ao TRIAC para que ele passe a conduzir,
    //coloca o pino digital "load" em nível alto
    digitalWrite(load, HIGH);
  }

  //Se o powertime for menor ou igual a 8000 microsegundos, dar o comando
  //de desligar a lâmpada (carga) - potência zero fornecida
  else if (powertime >= 8000)
  {
    //Desliga o pulso do sinal ao TRIAC para que ele não conduza,
    //coloca o pino digital "load" em nível baixo
    digitalWrite(load, LOW);
  }

  //Se o powertime estiver entre 300 microsegundos a 8000 microsegundos
  else if ((powertime > 830) && (powertime < 8000))
  {
    //Mantém o circuito desligado por powertime microssegundos (espera
    //powertime microssegundos)
    delayMicroseconds(powertime);

    //Envia sinal ao TRIAC para que ele passe a conduzir, coloca o pino
    //digital "load" em nível alto
    digitalWrite(load, HIGH);

    //Espera 8,33 microssegundos para que o TRIAC perceba o pulso
    delayMicroseconds(8.33);

    //Desliga o pulso do TRIAC, coloca o pino digital "load" em nível baixo
    digitalWrite(load, LOW);
  }
}
//---------------------------------fim do programa-----------------------------------------


Testando a aplicação utilizando o navegador web do PC:
Para fazer o teste utilizando o navegador web do PC, basta inserir os seguintes endereços entre as aspas e pressionar ENTER, após o pressionamento, a tela ficará branca e o controle do dimmer vai alterar.

"192.168.0.155/?Ligar"            => Ligar a carga no máximo
"192.168.0.155/?Deligar"         => Desligar a carga
"192.168.0.155/?Aumentar"     => Aumentar o dimmer
"192.168.0.155/?Diminuir"       => Diminuir o dimmer

A figura 5 mostra os testes.

   
Figura 5 - Teste da aplicação


Testando a aplicação pelo aplicativo Dimmer Shield Ethernet:
A figura 6, 7 e 8 mostram as ligações elétricas e as conexões do  Dimmer Shield, e do Ethernet Shield no arduino.

Figura 6 - Ligação elétrica, aplicativo Dimmer Shield Ethernet, roteador WiFi e circuito de controle

 
Figura 7 - Conexão do Dimmer Shield e Ethernet Shield no Arduino UNO

Figura 8 - Ligação elétrica, roteador WiFi e circuito de controle




6 comentários:

Unknown disse...
Este comentário foi removido pelo autor.
Unknown disse...
Este comentário foi removido pelo autor.
Unknown disse...

Boa tarde,

Caro André, estou para adquirir esse shield e estava olhando o código no seu blog e fiquei em dúvida sobre a parte abaixo:

"//Se o powertime estiver entre 300 microsegundos a 8000 microsegundos
else if ((powertime > 830) && (powertime < 8000))
{
//Mantém o circuito desligado por powertime microssegundos (espera
//powertime microssegundos)
delayMicroseconds(powertime);

//Envia sinal ao TRIAC para que ele passe a conduzir, coloca o pino
//digital "load" em nível alto
digitalWrite(load, HIGH);

//Espera 8,33 microssegundos para que o TRIAC perceba o pulso
delayMicroseconds(8.33);

//Desliga o pulso do TRIAC, coloca o pino digital "load" em nível baixo
digitalWrite(load, LOW);"

Da forma que está, entendo que o pulso para nível alto vai durar sempre 8,33 us e o que vai variar é o tempo para ele entrar, pois controlamos apenas o tempo no nível baixo. Minha dúvida é: os dois tempos (nível baixo e nível alto), não deveriam dividir os 8,33 ms ou 8333 us de duração da meia onda? Desde já agradeço a atenção.

André Kuhn disse...

Boa tarde Robsandro,

O controle do Dimmer Shield se baseia na passagem do ponto zero da sinal de tensão da rede elétrica (senoide). Então o controle será realizado a cada semiciclo deste sinal.
Na frequência de 60Hz, o período de um ciclo é 16,666 ms (16666 us), e o semiciclo de 8,333 ms (8333 us).

Então na linha:
...
else if ((powertime > 830) && (powertime < 8000))
...

O controle do disparo do TRIAC só será executado se o valor do "powertime" estiver entre os valores 830 us e 8000 us. Este último, arredondei do tempo de 8333 us. E o primeiro tempo de 830 us, é o tempo que o Arduino possa realizar a varredura do código do programa, abaixo disso, apresenta erros no controle (na prática, a lampada fica piscando).

Este tempo é encontrado usando a equação:
...
int powertime = (83 * (100 - power));
...
Onde o "power" pode variar de 0 a 100 (porcento)


Então quando o powertime é menor que 830 us, significa que desejo que a lampada fica 100% acessa.
E acima de 8000 us, deixar a lâmpada desligada.

A linha:
...
//Espera 8,33 microssegundos para que o TRIAC perceba o pulso
delayMicroseconds(8.33);
...
Só é pra garantir que o tempo do gatilho no gate do TRIAC, seja efetivado por completo.
Após este tempo, o gatilho é desabilitado. Acontecendo novamente no próximo semi-ciclo da onda, e assim por diante.

Qualquer duvida entre em contato.

Abraço.

Unknown disse...

Caro André,

Muito obrigado pelo rápido retorno, vou fazer o pedido e implementar o seu código.

Um abraço.

André Kuhn disse...

Por nada meu velho.

Qualquer dúvida entre em contato.

Abraço.

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