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O que são o LoRa e o LoRaWAN

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Lora

LoRa é uma técnica de modulação sem fio derivada da tecnologia Chirp Spread Spectrum (CSS). Ele codifica informações em ondas de rádio usando pulsos chirp (pio em português)- semelhante à forma como os golfinhos e os morcegos se comunicam! A transmissão modulada LoRa é altamente resistente à interferências e pode ser recebida em grandes distâncias. Não se assuste com os termos complexos; A modulação LoRa e a tecnologia Chirp Spread Spectrum são simples de entender na prática. Caso você esteja curioso, neste vídeo, Richard Wenner explica como funciona a tecnologia Chirp Spread Spectrum:

LoRa é ideal para aplicações que transmitem pequenas quantidades de dados com baixas velocidades seriais. Os dados podem ser transmitidos em distâncias maiores se comparado com tecnologias como WiFi, Bluetooth ou ZigBee. Esses recursos tornam o LoRa adequado para sensores e atuadores que operam em modo de baixo consumo de energia. LoRa pode ser operado em bandas sub-gigahertz livres de licença, por exemplo, 915 MHz, 868 MHz e 433 MHz. Ele também pode operar em 2,4 GHz para atingir taxas de dados mais altas em comparação com bandas sub-gigahertz, ao custo do alcance. Essas frequências se enquadram nas bandas ISM reservadas internacionalmente para fins industriais, científicos e médicos.

LoraWAN

LoRaWAN é um protocolo de camada Media Access Control (MAC) construído sobre a modulação LoRa. É uma camada de software que define como os dispositivos utilizam o hardware LoRa, por exemplo, quando transmitem, e o formato das mensagens. O protocolo LoRaWAN é desenvolvido e mantido pela LoRa Alliance. A primeira especificação LoRaWAN foi lançada em janeiro de 2015. A tabela abaixo mostra o histórico de versões das especificações LoRaWAN. No momento em que este artigo foi escrito, as especificações mais recentes eram 1.0.4 (na série 1.0) e 1.1 (série 1.1).

Versão Data de liberação
1.0 Janeiro de  2015
1.0.1 Fevereiro de  2016
1.0.2 Julho de 2016
1.1 Outubro de 2017
1.0.3 Julho de 2018
1.0.4 Outubro de 2020

Largura de banda e alcance

LoRaWAN é adequado para transmitir pacotes de dados pequenos (como dados de sensores) em longas distâncias. A modulação LoRa permite um alcance de comunicação significativamente maior com larguras de banda mais baixas do que outras tecnologias concorrentes de transmissão de dados sem fio. A figura a seguir mostra algumas tecnologias de acesso que podem ser usadas para transmissão de dados sem fio e seus intervalos de transmissão esperados versus largura de banda.

Lora

Por que o LoRaWAN é tão vantajoso?

  • Consumo ultrabaixo – Os dispositivos terminais LoRaWAN são otimizados para operar no modo de baixo consumo de energia e podem durar até 10 anos com uma única bateria.
  • Longo alcance – Os gateways LoRaWAN podem transmitir e receber sinais a uma distância de mais de 10 quilômetros em áreas rurais e até 3 quilômetros em áreas urbanas densas.
  • Comunicação indoors – As redes LoRaWAN podem fornecer cobertura dentro de prédios e cobrir facilmente edifícios de vários andares.
  • Dispensa de licença de operação – Você não precisa pagar taxas de licença de operação nas faixas de frequência destinadas para a o uso da tecnologia LoRaWAN.
  • Geolocalização – Uma rede LoRaWAN pode determinar a localização de dispositivos finais usando triangulação sem a necessidade de GPS. Um dispositivo final LoRa pode ser localizado se pelo menos três gateways captarem seu sinal.
  • Alta capacidade – Os servidores de rede LoRaWAN lidam com milhões de mensagens de milhares de gateways.
  • Sistemas públicos e privados – É fácil implantar redes LoRaWAN públicas e privadas usando o mesmo hardware (gateways, dispositivos finais, antenas) e software (encaminhadores de pacotes UDP, software Basic Station, pilhas LoRaWAN para dispositivos finais).
  • Segurança ponta a ponta – LoRaWAN garante comunicação segura entre o dispositivo final e o servidor de aplicativos usando criptografia AES-128.
  • Atualizações de firmware over the air – Você pode atualizar remotamente o firmware (aplicativos e a pilha LoRaWAN) para um único dispositivo final ou grupo de dispositivos finais.
  • Roaming – Dispositivos terminais LoRaWAN podem realizar transferências de pacotes de uma rede para outra.
  • Baixo custo – Infraestrutura mínima, nós finais de baixo custo e software de código aberto.
  • Programa de certificação – O programa de certificação LoRa Alliance certifica dispositivos finais e fornece aos usuários finais a confiança de que os dispositivos são confiáveis ​​e compatíveis com a especificação LoRaWAN.
  • Ecossistema – LoRaWAN possui um ecossistema muito grande de fabricantes de dispositivos, fabricantes de gateways, fabricantes de antenas, provedores de serviços de rede e desenvolvedores de aplicativos.

Aplicações da tecnologia LoRaWAN

Aqui estão alguns casos de uso de LoRaWAN fornecidos pela Semtech, para lhe dar algumas dicas sobre como LoRaWAN pode ser aplicado:

  • Monitoramento da cadeia de frio de vacinas – Os sensores LoRaWAN são usados ​​para garantir que as vacinas sejam mantidas em temperaturas adequadas durante o transporte.
  • Conservação animal – Sensores de rastreamento gerenciam espécies ameaçadas, como Rinocerontes Negros e Leopardos de Amur.
  • Pacientes com demência – Sensores de pulseira fornecem detecção de quedas e rastreamento de medicamentos.
  • Fazendas inteligentes – Informações em tempo real sobre a umidade do solo das culturas e cronograma de irrigação otimizado reduzem o uso de água em até 30%.
  • Conservação de água – Identificação e conserto mais rápido de vazamentos na rede de água de uma cidade.
  • Segurança alimentar – O monitoramento da temperatura garante a manutenção da qualidade dos alimentos.
  • Lixeiras inteligentes – Alertas de nível de lixeira enviados à equipe otimizam o cronograma de coleta.
  • Bicicletas inteligentes – Os rastreadores de bicicletas rastreiam bicicletas em áreas remotas e edifícios densos.
  • Rastreamento em aeroporto – o rastreamento sem GPS monitora veículos, pessoal e bagagem.
  • Espaços de trabalho eficientes – Monitorização da ocupação dos quartos, temperatura, utilização de energia e disponibilidade de estacionamento.
  • Saúde do gado – Sensores monitoram a saúde do gado, detectam doenças e preveem o tempo de entrega dos bezerros.
  • LoRa no espaço – Satélites fornecem cobertura de comunicação baseada na tecnologia LoRaWAN em todo o mundo.

Lora Alliance

A LoRa Alliance® é uma associação aberta e sem fins lucrativos criada em 2015. Ela apoia o desenvolvimento do protocolo LoRaWAN e garante a interoperabilidade de todos os produtos e tecnologias LoRaWAN. Hoje, a LoRa Alliance tem mais de 500 membros em todo o mundo.

A LoRa Alliance fornece certificação LoRaWAN para dispositivos finais. Os dispositivos finais certificados fornecem aos usuários a confiança de que o dispositivo final é confiável e compatível com a especificação LoRaWAN. Você pode aprender mais sobre a certificação LoRaWAN visitando o site da LoRa Alliance®. A certificação está disponível apenas para fabricantes de dispositivos membros da LoRa Alliance. Uma vez certificado, o fabricante pode usar a marca LoRaWAN Certified com o produto.

LoRaWAN agora é um padrão ITU

Conforme anunciado pela LoRa Alliance® em 7 de dezembro de 2021, LoRaWAN® foi oficialmente aprovado como um padrão para Low Power Wide Area Networking (LPWAN) pela União Internacional de Telecomunicações (ITU). Leia o comunicado de imprensa da LoRa Alliance®, LoRaWAN® formalmente reconhecido como padrão internacional da ITU para redes de longa distância de baixa potência, para obter mais informações.

Perguntas e respostas

  1. Quem fornece a certificação LoRaWAN?
  2. LoRa é um:
    • Implementação da camada física
  3. LoRaWAN é um:
    • Protocolo de camada MAC
  4. LoRaWAN pode ser operado em:
    • Faixas livre de licença
    • Faixas ISM
    • 2,4GHz
  5. Qual não é um caso de uso adequado de LoRaWAN?
    • Pagamentos com cartão de crédito

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/what-is-lorawan/

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Interface Modbus na telemetria de reservatório

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Monte sua remota de telemetria de reservatório com baixo custo e resultados excelentes utilizando as interfaces Modbus IM2020.

Telemetria de reservatório com a interface Modbus IM2020

Veja como monitorar o nível e a vazão do reservatório de forma simples e com baixo custo. Utilizando este kit você economiza e fica proprietário do seu sistema.
O módulo SW3300 tem as funções de seccionamento, proteção contra surtos e tomada. A fonte de alimentação S-25-24 fornece 24 VCC para a interface Modbus e para o rádio modem. A interface Modbus IM2020 possui duas entradas analógicas e duas entradas digitais onde podemos conectar o transmissor de nível, o transmissor de vazão e ainda um detector de invasão. A interface Modbus se comunica com a central de telemetria por intermédio do rádio modem RM2060.

Telemetria de reservatório

Telemetria de reservatório

Composição da remota para telemetria de reservatório

A remota é composta pelos seguinte módulos:

Preço do conjunto de módulos: R$ 2.740,00 (preço válido em Outubro de 2019).

A figura a seguir ilustra o espaço ocupado pelos módulos que compõem a solução.

Telemetria de reservatório

Remota para Telemetria de reservatório

Materiais acessórios

  • CF914 – Antena Yagi 900 MHz 14 dBi;
  • CN3203 – Centelhador de RF;
  • Cabo interno de RF RG58 com conectores;
  • Cabo externo RGC213 com conectores.

Interface Modbus IM2020 na telemetria de reservatório

A interface IM2020 funciona como uma remota de I/O distribuído dotada de 2 entradas analógicas e duas entradas digitais com as seguintes características principais:

  • Protocolo de comunicação: Modbus RTU;
  • Seleção de endereço por DIP switch;
  • Alimentação: 10 a 30 VCC;
  • Consumo máximo de 200 mA.

Interface Modbus com 2 entradas analógicas e 2 entradas digitais – IM2020

Rádio Modem RM2060 para telemetria de reservatório

O transceptor RM2060 permite a comunicação wireless utilizando tecnologia Spread Spectrum na faixa dos 900 MHz podendo substituir milhares de metros de cabos de comunicação em ambientes industriais ruidosos. Utilizando comprovada tecnologia FHSS, que dispensa licença de operação junto a Anatel, o transceptor RM2060 estabelece comunicação entre computadores, CLPs e instrumentos diversos que possuem porta serial em padrão RS232 ou RS485 com taxas de 1200 a 115.200 bps.  Alcance de até 32 km com visada.

SW3300 – DPS, seccionador e tomada para telemetria de reservatório

O módulo SW3300 foi projetado para compor painéis elétricos de comando e automação e integra as seguintes funções:

  • Seccionamento
  • Proteção contra sobre corrente por meio de fusíveis
  • Proteção contra sobre tensões por meio de varistores
  • Tomada bipolar com terra padrão ABNT
  • Sinalização luminosa de energização

Por incluir diversas funções em um módulo único, o dispositivo simplifica a montagem do quadro e contribui para layouts mais compactos.

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Comunique equipamentos seriais em até 60 km com este kit rádio enlace

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O kit rádio enlace 60 km permite comunicar equipamentos em RS232 e RS485 em até 60 km quando há visada direta entre os pontos. O kit reúne os equipamento e materiais necessários para estabelecer a comunicação serial entre dois pontos. O padrão de comunicação pode ser em RS232 ou RS485. A velocidade serial admitida é de 1.200 a 230.400 bps. O alcance do enlace é de até 60 km com visada. Exemplo de aplicação: comunicação entre CLPs.

Veja abaixo a composição do kit rádio enlace 60 km.


Composição do kit rádio enlace 60 km

Exemplo de aplicação do kit de rádio enlace 60 km

A figura a seguir apresenta um exemplo de aplicação do kit. No exemplo, um computador rodando um software supervisório supervisiona e controle um CLP distante até 60 km com visada direta.

Descrição do rádio modem P900

O rádio modem P900 com tecnologia spread spectrum possui conectores e LEDs que facilitam a instalação e utilização.

O gabinete robusto, a larga faixa de temperatura de operação e o baixo custo tornam o rádio modem P900 a solução ideal para o controle e monitoração de estações remotas de telemetria e para todo o tipo de aplicação industrial onde a comunicação serial é necessária.

O P900 incorpora ainda a capacidade de compor redes Mesh de última geração com a capacidade de restabelecimento automático de rotas de comunicação (Self Healing).

Características do rádio modem P900 

  • Permite até 276 kbps
  • Baixo custo
  • Ponto a ponto, Ponto Multiponto e Mesh
  • Rede Mesh com reencaminhamento automático
  • Store & Forward – o rádio funciona como repetidora
  • Configuração em Mesh como mestre, repetidor ou unidade terminal
  • Temperatura de operação (-55 C a +85 C)
  • Potência de saída ajustável: 100mW-1W
  • Dimensões reduzidas
  • Baixo consumo em modo adormecido
  • Filtro de quatro estágios proporciona alta rejeição a ruido e interferência
  • Correção de erro (FEC), 32 bits de CRC, e 128-bit AES

Aplicações do rádio modem P900

  • Medição de utilities
  • Telemetria de unidades remotas
  • Sensoriamento de eletricidade, óleo e gás
  • Comunicação com painéis digitais de sinalização
  • Comunicação serial em ambiente industrial

Certificação

O rádio modem P900 possui certificação Anatel.

Especificações técnicas

  • Faixa de operação: 902-928 MHz
  • Método de espalhamento: Saltos em frequência
  • Algoritmos de detecção de erro: Hamming, BCH, Golay, Reed-Solomon
  • Detecção de erro: CRC 32 bits, ARQ
  • Encriptação: Opcional (veja –AES option)
  • Alcance: 60 km
  • Sensibilidade:
    • -114 dBm em 57.6 kbps
    • -112 dBm em 115.2 kbps
    • -109 dBm em 172.8 kbps
    • -107 dBm em 230.4 kbps
  • Potência de saída: 100 mW a 1 W (20 a 30 dBm)
  • Interface serial: RS232/485 (Selecionável)
  • Velocidade serial: até 230.4 kbps assíncrono
  • Velocidade na comunicação RF: 57.6 a 276 kbps
  • Modos de operação: Mesh, Auto Routing, Store and For-ward, Self Healing, Packet Routing Modes
  • Interface: RxD1, TxD1, RTS, CTS DCD, DSR, DTR, RxD2, TxD2, RSSI LEDs, Tx/Rx LEDs, Reset, Config, Wake-up, RSmode, 4 entradas/saídas digitais, 1 entrada analógica, 1 saída analógica
  • Diagnóstico remoto: tensão da bateria, temperatura, RSSI, estatística de pacotes
  • Alimentação: 9 a 30 VCC
  • Consumo:
    • Rx: 45 mA a 98 mA
    • Tx : 1000 mA ta 1400 mA
  • Conectores:
    • Antena: SMA fêmea
    • Dados: DB-9F
  • Temperatura de operação: -55 C – +85 C
  • Peso: 120 g
  • Dimensões: 46 mm x 66 mm x 25 mm

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Medidor de vazão ultrassônico – o que é e como funciona

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Medidor de vazão ultrassônico – o que é?

O medidor de vazão ultrassônico mede a velocidade de um fluido com ultrassom para calcular a vazão do líquido. Ele calcula a diferença no tempo de trânsito medido entre os pulsos de ultrassom que se propagam na direção e contra a direção do fluxo ou medindo a mudança de frequência devida ao efeito Doppler.TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

Medidor de vazão ultrassônico – como funciona?

O medidor ultrassônico de vazão é um tipo de medidor de vazão que mede a velocidade de um fluido com ultrassom para calcular a vazão do líquido. Usando transdutores ultrassônicos, o medidor de vazão pode medir a velocidade média ao longo do caminho de um feixe de ultrassom emitido, calculando a média da diferença no tempo de trânsito medido entre os pulsos de ultrassom que se propagam na direção e contra a direção do fluxo ou medindo a mudança de frequência devida ao efeito Doppler. Os medidores de vazão ultrassônicos são afetados pelas propriedades acústicas do fluido e podem ser afetados pela temperatura, densidade, viscosidade e partículas suspensas. Os medidores de vazão ultrassônicos apresentam ótima relação custo benefício pois não utilizam peças móveis, são fáceis de instalar, não demandam seccionar ou furar a tubulação, e são de fácil manutenção.

Tipos de medidores de vazão ultrassônicos

Existem três tipos diferentes de medidores de vazão ultrassônicos. Os medidores de vazão de transmissão por tempo de transito – intrusivo e clamp-on (não intrusivo). Os medidores de vazão ultrassônicos por efeito Doppler são chamados de medidores de vazão de reflexão ou Doppler. O terceiro tipo é o medidor de vazão de canal aberto.

Medidor de vazão ultrassônico por tempo de trânsito

Os medidores ultrassônicos de vazão medem o tempo de trânsito dos pulsos ultrassônicos que se propagam com e contra a direção do fluxo. Essa diferença de tempo é uma medida para a velocidade média do fluido ao longo do caminho do feixe ultrassônico. Usando os tempos de trânsito absolutos Tup e Tdown, tanto a velocidade média do fluido v quanto a velocidade do som c podem ser calculados. Usando esses dois tempos de trânsito, a distância entre os transdutores de recepção e transmissão L e o ângulo de inclinação α , se assumirmos que o som tem que ir contra o fluxo ao subir e ao longo do fluxo ao retornar para baixo, pode-se escrever as seguintes equações a partir da definição de velocidade:

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

Somando e subtraindo as equações acima obtemos,

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

onde v é a velocidade média do fluido ao longo do caminho do som e c é a velocidade do som.

Medidores de vazão ultrassônico por efeito Doppler

Outro método na medição de vazão ultrassônica é o uso do deslocamento Doppler que resulta da reflexão de um feixe ultrassônico em materiais refletivos, como partículas sólidas ou bolhas de ar aprisionadas em um fluido em fluxo, ou a turbulência do próprio fluido, se o líquido está limpo. Os medidores de vazão Doppler são usados ​​para lamas, líquidos com bolhas, gases com partículas refletoras de som.

Este tipo de medidor de vazão também pode ser usado para medir a taxa de fluxo sanguíneo, passando um feixe ultrassônico através dos tecidos, refletindo em uma placa, invertendo a direção do feixe e repetindo a medição, o volume do fluxo sanguíneo pode ser estimado. A frequência do feixe transmitido é afetada pelo movimento do sangue no vaso e, comparando a frequência do feixe a montante versus a jusante, permitindo a medição do fluxo de sangue através do vaso. A diferença entre as duas frequências é uma medida do fluxo de volume real. Um sensor de feixe largo também pode ser usado para medir o fluxo independente da área da seção transversal do vaso sanguíneo.

Medidores de vazão ultrassônico de canal aberto

Neste caso, o elemento ultrassônico está na verdade medindo a altura da água no canal aberto; com base na geometria do canal, o fluxo pode ser determinado a partir da altura. O sensor ultrassônico geralmente também possui um sensor de temperatura porque a velocidade do som no ar é afetada pela temperatura.

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

O medidor ultrassônico de vazão TDS-100H foi projetado para medir a velocidade do fluido dentro de uma tubulação. Os transdutores são do tipo clamp-on sem contato, o que proporcionará facilidade de instalação, operação e manutenção.

O TDS-100H funciona por tempo de trânsito e utiliza dois transdutores que funcionam como transmissores e receptores ultrassônicos. Os transdutores são fixados na parte externa de um tubo fechado a uma distância específica um do outro. Os transdutores podem ser montados em método V, onde o som atravessa o tubo duas vezes, ou pelo método W, onde o som atravessa o tubo quatro vezes, ou em método Z, onde os transdutores são montados em lados opostos do tubo e o som atravessa o tubo uma vez. Esta seleção do método de montagem depende das características do tubo e do líquido. O medidor de vazão opera transmitindo e recebendo alternadamente uma sequência de emissões de energia sonora modulada em frequência entre os dois transdutores e medindo o tempo de trânsito que leva para o som viajar entre os dois transdutores. A diferença no tempo de trânsito medido está direta e exatamente relacionada à velocidade do líquido na tubulação, conforme mostrado a figura.

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

 

Onde:

  • θ é o ângulo na direção do fluxo
  • M é o tempo de trânsito do feixe de ultrassom
  • D é diâmetro da tubulação
  • Tup é o tempo de trânsito do transdutor upstream até o transdutor downstream
  • Tdown é o tempo de trânsito do transdutor downstream até o transdutor upstream
  • ΔT=Tup -Tdown

Módulo principal do medidor de vazão

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

 

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

Transdutores ultrassônicos

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

Aplicações do medidor de vazão ultrassônico

O medidor de vazão TDS-100H pode ser aplicado em uma ampla gama de medições em tubulações de 20 a 6.000 mm [0,5 a 200 polegadas]. É possível medir a vazão de diversos tipos de líquidos , como: líquidos puros, água potável, produtos químicos, esgoto bruto, água tratada, água de resfriamento, água bruta, efluente, etc. O medidor de vazão não é afetado pela pressão do sistema, sujeira ou desgastes. Os transdutores padrão são classificados para aplicações em até 110 graus centígrados. Temperaturas mais altas podem ser avaliadas sob consulta.

Retentividade dos dados e relógio de tempo real

Todos os valores de configuração inseridos pelo usuário são retidos na memória flash não volátil integrada, que pode armazená-los por mais de 100 anos, mesmo se a energia for perdida ou desligada. Para evitar alterações de configuração inadvertidas ou reinicializações do totalizador, a programação do instrumento é protegida por senha.

O instrumento é dotado de relógio de tempo real que permite acumular valores de vazão instantânea e de volumes totalizados formando um registro de valores no tempo. Ele continua operando enquanto a tensão da bateria for superior a 1,5V. Em caso de falha da bateria, o registro de dados não é garantido. O usuário deve reinserir os valores de tempo adequados caso a bateria fique totalmente esgotada. Um valor de tempo impróprio não afeta outras funções além dos registros no tempo.

Especificações técnicas do produto

Linearidade 0.5%
Repeatibilidade 0.2%
Precisão +1%
Tempo de resposta 0-999 segundos ( configurável)
Velocidade +32 m/s
Diâmetro da tubulação 20mm-6000mm
Unidade de medida Metros, pés, metros cúbicos, litros, pés cúbicos, galões USA, galões Ingleses, Barril de óle, Barril líquido, imperial liquid barrel, milhões de galões, configurável.
Totalizador 7 dígitos, positivo e negativo.
Tipos de líquido Virtualmente qualquer tipo de líquido
Segurança Senha de acesso para ajustes.
Display 4×16 para caracteres Inglês, 4×8 para caracteres chineses
Interface serial RS-232C, baud rate: de 75 a 57600 bps.  Protocolo próprio compatível com medidores de vazão FUJI. Outros protocolos sob consulta.
Transdutores Modelo M1 padrão, outros modelos sob consulta.
Comprimento dos cabos dos trandutores Padrão 2 x 10 metros.
Fonte de alimentação 3 baterias recarregáveis AAA Ni-H internas. 10 horas de operação. Carregador 100V-240VAC.
Data Logger Data logger interno para até 2000 registros de dados.
Totalizador manual Totalizador de 7 dígitos com zeramento pelo teclado.
Material do gabinete ABS
Dimensões do módulo portátil 100 x 66 x 20 mm
Peso do módulo portátil 514g (1.2 libras) baterias.

Composição do conjunto

O medidor de vazão é fornecido com acessórios e maleta.

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

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Proteja as entradas analógicas 4 a 20 mA do CLP contra surtos-edit

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Você sabe como funcionam as entradas analógicas 4 a 20 mA do CLP e o motivo pelo qual as mesmas são tão sensíveis?

Este artigo trata disso e propõe uma solução simples para proteger as entradas analógicas de 4 a 20 mA  do CLP.

Como funcionam a entradas analógicas 4 a 20 mA do CLP

A maioria das entrada 4 a 20 mA dos CLPs de mercado possuem um resistor de cerca de 150 a 200 ohms em sua entrada. Veja abaixo um circuito típico.SS2701 - Protetor contra surtos na entrada analógica

No exemplo da figura acima, mostramos um transmissor hidrostático de nível.

Esse tipo de sensor é muito utilizado para medir nível de água em reservatórios pertencentes ao sistema de abastecimento de água municipal.

O transmissor hidrostático de nível trabalha submerso e, por estar em contato direto com a água, é um caminho para surtos elétricos que normalmente entram pela rede e buscam a terra.

Quando um sensor hidrostático de nível queima por surto, com frequência deixa de funcionar como regulador de 4 a 20 mA e entrega na saída os 24 V sem limitação.

Seja um transmissor hidrostático de nível, um sensor de pressão, ou qualquer outro instrumento de campo que, ao invés de entregar uma corrente de 4 a 20 mA, entrega os 24 V da alimentação diretamente à entrada analógica, isso irá danifica a entrada analógico pelo excesso de tensão e corrente.

O que acontece quando o sensor entra em curto e fornece os 24 V, sem limite de corrente, à entrada analógica 4 a 20 mA?

Digamos que a entrada analógica é dotada de um resistor de 200 ohms. A corrente sobre o resistor será:

I = 24V / 200 ohms = 120 mA e a Potência sobre o resistor P = 24 V x 120 mA = 2,88 W

Os resistores utilizados nas entrada analógica dos CLP não são dimensionados para suportar essa potência e fatalmente queimam.

Solução para proteger a entrada analógica contra o excesso de corrente

A solução é simples; precisamos de um limitador de tensão e de um limitador de corrente trabalhando em conjunto.

Como limitador de tensão utilizamos o diodo TVS e como limitador de corrente utilizamos o termistor PTC.

SS2701 - Protetor contra surtos na entrada analógica

Utilizando a solução apresentada, quando o sensor de campo entra em curto, e os 24 V da fonte passam direto, o diodo TVS irá conduzir, limitando em 6 V a tensão na entrada analógica.

A corrente sobre o termistor PTC ao tentar ultrapassar os 50 mA fará o PTC aquecer e alterar sua resistência original de cerca de 2 ohms para uma resistência que limita a corrente em 50 mA.

No caso do circuito apresentado, a resistência do PTC irá alterar para cerca de: R = (24 V – 6 V) / 50 mA = 360 ohms.

Sobre o resistor de 200 ohms da entrada analógica a tensão resultante será de 6 V, e a corrente de 30 mA, resultando em uma potência máxima de 180 mW, que não é suficiente para danificar o componente.

O Termistor funciona como um fusível rearmável, pois após a substituição do sensor danificado (em curto), e tendo cessada a corrente excessiva, o PTC irá esfriar e voltar a ter apenas 2 ohms de resistência.

O PTC selecionado é do tipo especialmente desenvolvido para proteção contra sobre corrente. A linha Resettable Fuses – Multifuse® PPTC da Bourns é um exemplo desses componentes.

O diodo TVS é um diodo rápido especialmente desenvolvido para absorver surtos de sobretensão e muito utilizado em circuitos DPS (Dispositivo de Proteção Contra Surtos).

Circuito protetor completo para entradas analógicas 4 a 20 mA de CLP

Apresentamos agora um circuito completo de um DPS para a proteção de entradas 4 a 20 mA.

SS2701 - Protetor contra surtos na entrada analógica

O circuito apresentado protege não só canal analógico, mas também a alimentação 24 V que é fornecida ao sensor de campo.

A proteção se dá em três estágios, por meio dos três tipos de supressores de sobretensão:

  • Centelhador a gás;
  • Varistor de óxido metálico;
  • Diodo TVS.

Os indutores que separam cada etapa da proteção ajudam a retardar e amortecer o surto.

Circuito impresso do DPS para entradas analógicas 4 a 20 mA

SS2701 - Protetor contra surtos na entrada analógica

QTD         DESCRIÇÃO

  • 4              CN1, CN2 – AKZ-700 – 2
  • 1              D1 – P6KE30A  (TVS)
  • 1              D2 – P6KE6A  (TVS)
  • 1              F1 – Fusível rearmável (PTC) 50 mA
  • 1              F2 – Fusível rearmável (PTC) 50 mA
  • 4              L1, L2, L3, L4 – Indutor 100uH
  • 2              RV1, RV2 – S10K30 (Varistor)
  • 2              SA1, SA2 – 75V (centelhador a gás)
  • 1              Espaçador 15 mm
  • 1              Pé Fêmea RS75
  • 1              Pé Macho RS75
  • 1              PCI  SS2701

Solicite informações adicionais ou uma cotação do protetor de entradas analógicas

O módulo SS2702 constitui um protetor de canais analógicos contra surtos elétricos causados por sobre tensões na fiação de campo. Montado em circuito impresso e alojado em suporte plástico para fixação em trilho DIN, o módulo incorpora cinco circuitos de proteção contra surtos, sendo um para evitar que surtos danifiquem o circuito de alimentação em 24V e os outros quatro para proteção de canais analógicos. Cada circuito é dotado de fusível, centelhador a gás, varistor de óxido metálico, diodo supressor e indutores. O módulo substitui com vantagens de custo, espaço e tempo de montagem, um arranjo de quatro protetores, cinco fusíveis e dezesseis bornes. Um dos diferenciais do produto é o fato de ser o único do mercado dotado de fusíveis rearmáveis (PTC).

Saiba mais 

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A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

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O que é a TELEMETRIA DE ÁGUA E ESGOTO com LoraWan?

Trata-se de um sistema eletrônico de automação, monitoração e controle dos reservatórios e estações elevatórias de água e esgoto, ETAs (Estações de Tratamento de Água), ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto) e demais pontos de interesse como Boosters (Estações de Pressurização), VRPs (Válvulas Reguladoras de Pressão) e pontos de medição de pressão e vazão da rede de distribuição de água tratada. Todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação).

Por que implantar a telemetria com LoraWan?

Em um município sem sistema de telemetria, é a população que avisa a companhia de água e esgoto quando ocorre uma falha no abastecimento.

O sistema de automação e telemetria com LoraWan é necessário para:

  • Garantir o abastecimento da população;
  • Monitorar em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema;
  • Armazenar e apresentar dados históricos sobre a qualidade do abastecimento;
  • Alarmar vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões;
  • Prevenir e minimizar perdas;
  • Enfim, garantir a qualidade dos serviços prestados.

O que é a tecnologia LoraWan?

LoRa é uma tecnologia sem fio, assim como o Wi-Fi, LTE, NB-IoT, entre outras. Seu potencial é infinito e foi criado para sua aplicação em IoT. LoRa deriva de (Long Range wireless communication) – Comunicação sem fio de longo alcance. Entre muitas de suas vantagens está a ampla faixa de cobertura e o baixo consumo de energia que proporciona. É a opção perfeita para soluções que requerem baixa largura de banda de dados e operação autônoma de longa duração, como é o caso da telemetria do saneamento.

O que é LoraWAN?

LoraWAN é o protocolo de rede que utiliza a tecnologia Lora. Esse protocolo é a camada superior da comunicação LoRa, e utiliza Media Access Control (MAC). LoraWAN é a camada de software que define como os dispositivos conectados usam a tecnologia LoRa. LoraWAN define os formatos de mensagem e a forma como as mensagens são trocadas entre os componentes da rede.

Como funciona a telemetria do saneamento com a tecnologia LoraWan?

O sistema de telemetria é composto por unidades remotas e por um CCO (Centro de Controle e Operação.

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município. Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio.

A comunicação entre as unidades remotas e CCO se pela aplicação de gateways Lora que transmitem e recebem dados da nuvem LoraWAN, através de concentradores de comunicação públicos ou privados.

Unidade remota de telemetria de reservatório com LoraWan

A forma mais usual para garantir o abastecimento de água em um bairro ou região de um município consiste em construir reservatórios em pontos elevados da área atendida, ou construir reservatório elevados quando a região é plana. A água é conduzida aos pontos de consumo por gravidade e o sistema de abastecimento municipal tem como missão, manter os reservatórios abastecidos.

Unidade remota de telemetria de elevatória com LoraWan

Cabe à estação elevatória de água a função de manter o reservatório abastecido. Para tanto, a informação do nível do reservatório deve ser transmitida à elevatória para que essa, por sua vez, comande o funcionamento dos grupos moto bombas de maneira a manter o reservatório sempre com o nível dentro dos níveis predefinidos de operação.

A informação de nível de cada reservatório é repassada à sua respectiva estação elevatória pelo sistema da comunicação via rádio, centralizado no CCO.

Nesse tipo de configuração o reservatório terá dois níveis (set points) pré-definidos pela operação:

  • Nível de liga: O nível de liga é mais baixo que o nível de desliga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser ligado.
  • Nível de desliga: O nível de desliga é mais alto que o nível de liga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser desligado.

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

A figura acima apresenta uma topologia típica de uma elevatória de água tratada  de um sistema de distribuição de água tratada municipal. O diagrama mostra os componentes básicos de uma elevatória composta por dois conjuntos moto bomba, principal e reserva, e apresenta também o reservatório abastecido por essa elevatória, que pode estar distante quilômetros da elevatória.

Painel de telemetria com LoraWan

A figura a seguir mostra um exemplo de unidade remota de telemetria utilizada na automação da estação elevatória e reservatórios.

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

RAK7431 – Rádio modem LoraWan RS485

RAK7431 - Rádio modem LoraWan RS485

RAK7431 – Rádio modem LoraWan RS485

RAK7431 WisNode Bridge Serial é um conversor RS485 para LoRaWAN projetado para aplicações industriais. O dispositivo retransmite dados ModBUS usando a rede LoRaWAN como meio de transmissão sem fio de e para os dispositivos finais.

O RAK7431 pode operar em todas as bandas LoRaWAN dentro dos parâmetros padrão definidos pela LoRa Alliance. Seu alcance em ambiente aberto é de mais de 15 km e em casos industriais, onde existem obstruções pesadas no caminho do sinal de RF, o desempenho é melhorado em comparação aos sistemas sem fio convencionais devido às características do LoRa como técnica de modulação. Isso permite uma qualidade de sinal consistentemente boa dentro dos limites de grandes fábricas, escritórios densamente povoados, armazéns, etc.

Estes dispositivos compatíveis com RS485 podem endereçar até 16 nós terminais de clientes. A conversão de e para estruturas LoRa é perfeita e permite controle e monitoramento em tempo real de vários dispositivos RS485, para acessar e controlar os nós terminais RS485.

Plataforma Eagle IoT industrial

Eagle - Plataforma IoT industrial

É um conjunto de soluções de hardware e software com a tecnologia Internet das Coisas (IoT) e foco na Gestão de Utilidades e Gestão de Ativos. A Plataforma Eagle IoT industrial foi desenvolvida para:

  • Redução de Custos Operacional;
  • Manutenção preventiva e preditiva;
  • Disponibilização de informações para a tomada de decisão.

A solução permite coletar informação em tempo real, a baixo custo e com agilidade e flexibilidade, para ganho de eficiência.

Áreas de aplicação da Plataforma Eagle IoT industrial

  • Grupos geradores;
  • Usinas solares;
  • Energia;
  • Iluminação;
  • Saneamento;
  • Climatização;
  • No-breaks;
  • Sistemas de aquecimento;
  • Gestão de utilidades.

Topologia da Plataforma Eagle IoT Industrial

Eagle - Plataforma IoT industrial

Gateways IG-8K e IG-9K

Eagle - Plataforma IoT industrialOs gateways Eagle são gateways WIFI/Ethernet/Celular para comunicação com equipamentos dotados de comunicação MODBUS e publicação dos dados coletados junto a eles a um broker MQTT.

Os mesmos podem operar, também, em modo Transparente (Bridge) em conjunto com sistemas on-premise, tornando bidirecional a comunicação no parque instalado, bem como coletar informações medidores de energia para posterior publicação.

Os gateways possuem FOTA (Firmware Over-The-Air ), possibilitando atualização remota sem necessidade de cabos e softwares de programação, auxiliando na manutenção à distância, de todos os gateways instalados em campo.

Conectividade

WiFi (802.11 b/g/n) – Utilizando antena externa 1, é possível estabelecer conexão sem fios à redes locais utilizando IP Fixo ou Dinâmico (DHCP).
Fast Ethernet (100Mbps) – Através do conector RJ45, o gateway pode se conectar a uma rede Ethernet cabeada, obtendo IP Fixo ou Dinâmico (DHCP).
Rede Celular (LTE, CAT-M1, NBIoT, 2G, 4G e pronto para o 5G) – IG-9k/M possui conexão com redes celulares, sendo capaz de utilizar os mesmos protocolos das redes WiFi e ETH.

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Como selecionar o CLP – 10 fatores determinantes

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Quando iniciei minha jornada na automação industrial há 28 anos, alguns modelos de CLP ainda utilizavam memórias EPROM. Ou seja, era necessário escrever o programa, compilar, gravar a EPROM, inserir a EPROM no soquete e testar a alteração. Eu costumava ter meia dúzia de EPROMs no apagador para ir alterando o programa, gravando e testando.

De lá para cá muita coisa mudou e o CLP passou a ser um produto de prateleira, uma “commodity”. Qualidade não é mais uma opção, todos têm ou estão fora do mercado. Nesses 28 anos desenvolvendo sistemas de controle e automação, grandes marcas se consagraram e novas marcas estão surgindo, é necessário critério para escolher.

Hoje quem manda é o mercado, o consumidor, e ele está cada dia mais criterioso. Reuni neste artigo alguns aspectos que considero importantes de serem considerados na hora de escolher o CLP para o próximo projeto, e quem sabe para os próximos anos.

10 fatores determinantes na escolha do CLP

  1. Suporte técnico
  2. Custo-benefício
  3. Custo da ferramenta de programação
  4. Desempenho do processador
  5. Relógio de tempo real
  6. Capacidade de simulação do programa sem necessidade de conectar ao CLP
  7. Portas de comunicação
  8. Protocolos de comunicação
  9. Capacidade de programação remota
  10. Facilidade de manutenção

Como a Alfacomp e a Haiwell abordam os 10 fatores

CLP - 10 fatores decisivos na escollha

1 – Suporte técnico

Pense no CLP que você está utilizando hoje, certamente é um produto de qualidade. A pergunta é: quando surge uma dúvida, você tem para quem ligar? Quando você liga, o suporte técnico ajuda você a pensar e solucionar o problema?

Pensando nisso, a Alfacomp disponibiliza os seguintes canais de comunicação:

Fale com o nosso suporte

Documentação:

Manual de hardware e software contendo a descrição técnica completa da linha de CLPs da Haiwell.

Baixe o manual completo de hardware do CLP Haiwell

Treinamento on-line:

  • O curso de automação industrial utilizando o CLP Haiwell não tem custo. São aulas semanais divulgadas em nosso website. Para acompanhar, basta baixar os arquivos em PDF disponibilizados na página do curso
  • https://alfacomp.net/2020/12/14/curso-de-automacao-com-clp-haiwell-2/
  • Esperamos estar colaborando para o crescimento pessoal dos interessados. Em caso de dúvida, não deixe de nos contatar.
Acesse o curso complete de automação com o CLP Haiwell

2 – Custo-benefício

A linha de CLPs Haiwell é composta de 4 famílias de CPUs e uma extensa gama de módulos de expansão, cobrindo desde aplicações de simples inter-travamentos até a composição de redes de CPUs de alto desempenho em sistemas distribuídos de controle.

3 – Custo da ferramenta de programação

A ferramenta HaiwellHappy é gratuita e sempre será, este é um compromisso da Haiwell e da Alfacomp.

Ferramenta HaiwellHappy

4 – Desempenho do processador

Os CLPs Haiwell são dotados de processadores ARM de última geração. ARM é um acrônimo de Advanced RISC Machine, ou seja Máquina Avançad
a RISC, sendo RISC uma arquitetura baseada em um conjunto de instruções reduzidas e de alta velocidade de processamento. Os processadores ARM são relativamente recentes na história da tecnologia digital e são utilizados, entre outras aplicações, nos Smartphones e Tablets de última geração.

Porque os CLPs Haiwell foram desenvolvidos recentemente, utilizam processadores de última geração, resultando em equipamentos de alto desempenho e baixo consumo. Um exemplo desse desempenho é a capacidade de ler até 8 Encoders e controlar até 8 motores de passo com velocidades de I/O de 200 mil pulsos por segundo.

Por serem CLPs de alto desempenho, os CLPs Haiwell são ideais para tarefas de movimentação e posicionamento de precisão, como por exemplo no controle CNC.

5 – Relógio de tempo real

Todos os CLPs Haiwell são dotados de relógio de tempo real. Isto significa que existe dentro de cada CLP um circuito eletrônico alimentado por bateria de lítio e baseado na precisão de uma base de tempo com a precisão garantida por um oscilador a cristal. Dessa forma, mesmo que falte energia, o CLP estará contando o tempos em Horas, Minutos, Segundos, Dias, Meses e Anos, capacidade necessária em muitos processos de automação.

6 – Capacidade de simulação do programa sem necessidade de conectar ao CLP

Imagine poder aprender a programar um CLP antes mesmo de ter adquirido o primeiro exemplar. Pois bem, isso é possível com o CLPs Haiwell pois a ferramenta de programação HaiwellHappy permite simular 100% do funcionamento do programa sem precisar conectar o CLP ao PC.

7 – Portas de comunicação

Consideramos fundamental que o CLP possua portas de comunicação em quantidade suficiente e por um custo baixo. Igualmente importante é que o CLP possa utilizar os protocolos MODBUS e TCP/IP por serem os mais difundidos do mercado.

Os CLPs Haiwell são dotados de três portas de comunicação independentes básicas:

  • RS232 – protocolo MODBUS mestre e escravo
  • RS485 – protocolo MODBUS mestre e escravo
  • Ethernet (opcional) – Diversos protocolos, incluindo MODBUS TCP

Além das portas básicas, é possível adicionar até 3 portas RS232 ou RS485 independentes utilizando módulos de expansão.

8 – Protocolos de comunicação

Comunicar utilizando os protocolos comuns de mercado, utilizando protocolos de alto desempenho e utilizando procolos configuráveis são características nem sempre encontradas nos CLPs de mercado. Veja as opções de comunicação disponíveis no Haiwell:

  • MODBUS (RTU e ASCII)
  • MODBUS TCP
  • Protocolo de alto desempenho “Haiwell High Speed Protocol”
  • Protocolo configurável “Free Communication Protocol”

9 – Capacidade de programação remota

Uma facilidade de alguns CLPs dotados de porta Ethernet é a capacidade de programação remota. Este recurso se mostra como vantagem competitiva importante pois permite alterações de sistemas de automação remotos, minimizando custos com deslocamento. Outra vantagem da programação remota é a facilidade de construir e comissionar sistemas distribuídos de controle em plantas industriais de grande porte. A Haiwell permite a construção de redes de controle distribuído de alto desempenho e baixo custo.

10 – Facilidade de manutenção

O último fator de decisão na hora de escolher o CLP, mas não menos importante, é a facilidade de manutenção em campo. A substituição rápida de módulos somente é possível se os conectores forem do tipo extraível (de engate rápido), nem todos os CLPs possuem essa facilidade.

Kit de treinamento – Conector extraível instalado OBS: Dois parafusos liberam cada barra de conexão dos CLPs Haiwell.

Considerações finais

O CLP deve ser avaliado sempre pelo conjunto de fatores que determinam sua escolha. Seja criteriosos pois você vai investir o seu tempo no aprendizado e treinamento necessário para utilizá-lo. Faça valer a pena esta escolha pois ela vai impactar não apenas o próximo projeto mas, provavelmente, os projetos dos próximos anos.

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Interfaces Modbus de entradas e saídas analógicas e digitais

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As Interfaces Modbus são uma família de módulos de entradas e saídas analógicas e digitais que comunicam pelo protocolo Modbus. Protocolo de comunicação: Modbus RTU Modbus mestre e escravo Seleção de endereço por DIP switch Alimentação: 10 a 30 VCC Consumo máximo de 200 mA A família de interfaces Modbus da Alfacomp foi especialmente desenvolvida […]

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Como implementar redes RS485 via rádio

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Em aplicações onde as distâncias são grandes ou o uso de cabos seriais é difícil, ou até impossível. Considere a utilização de rádios modem nas faixas de 900 MHz e 2.4 GHz. A principal utilização dos rádios modem dessa categoria está na comunicação de dados entre dispositivos que utilizam interface serial RS232 ou RS485 com velocidades […]

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Funcionamento geral do abastecimento de água

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Este artigo é o segundo da série “Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água“. Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para […]

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Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água – Introdução

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Este artigo é o primeiro de uma série na qual repassamos todo o conhecimento que acumulamos ao longo de mais de 25 anos fornecendo sistemas de automação e telemetria de água e esgoto em municípios de norte a sul do Brasil. Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e […]

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DS18B20 – Conheça o sensor de temperatura digital inteligente

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Descrição geral do sensor DS18B20   O DS18B20 é um sensor de temperatura da Dallas/Maxim com saída digital programável de 9 a 12 bits. Contém também uma função de alarme, também programável, cujos dados são armazenados em uma área não volátil  de memória EEPROM. A comunicação entre o microcontrolador e o sensor se dá sobre um […]

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