Arquitetura de Energia

1. Introdução

A arquitetura de energia da bengala inteligente "Meu Norte" é responsável por fornecer e gerenciar a energia necessária para o funcionamento de todos os componentes, como o microcontrolador ESP32, sensores ultrassônicos, atuadores vibratórios, e o sistema de recarga das baterias. Este subsistema assegura a operação contínua do dispositivo, oferecendo eficiência energética, segurança e acessibilidade para os usuários.

A escolha dos componentes, como as baterias Li-ion, o regulador de tensão MT3608 e o módulo de recarga TP4056, foi orientada para garantir uma operação confiável, com ênfase na simplicidade de uso e segurança. O sistema de monitoramento de carga permite o acompanhamento em tempo real das condições das baterias, prevenindo danos e assegurando uma operação estável.

2. Objetivos

O objetivo principal da arquitetura de energia é fornecer uma fonte confiável de energia, garantindo o funcionamento contínuo da bengala inteligente. Os objetivos específicos são: - Garantir a eficiência energética: Minimizar o consumo de energia e maximizar a autonomia. - Fornecer energia estável para os componentes: Assegurar que todos os componentes recebam a energia necessária durante o funcionamento. - Simplicidade no processo de recarga: Tornar o processo de recarga acessível e prático, especialmente para deficientes visuais. - Monitoramento da carga da bateria: Acompanhar a carga das baterias em tempo real para evitar falhas e garantir uma operação segura.

3. Metodologia

O desenvolvimento da arquitetura de energia foi estruturado nas seguintes etapas:

3.1 Levantamento de Requisitos

Análise do consumo de cada componente (ESP32, sensores, atuadores, etc.) para determinar a potência necessária para operação contínua.

3.2 Dimensionamento de Componentes

Cálculo da capacidade necessária das baterias com base no consumo total do sistema e na autonomia desejada, considerando um fator de segurança de 20%.

3.3 Escolha de Componentes

Os componentes foram selecionados considerando a eficiência, segurança e simplicidade de uso: - ** 2 Baterias Li-ion 18650 (6800mAh, 3.7V): Fornecem a autonomia necessária para o dispositivo. - Regulador de Tensão MT3608: Converte 3.7V das baterias para 5V, exigido pelos circuitos eletrônicos. - Módulo TP4056: Controla a recarga das baterias de forma segura via USB-C. - Módulo INA219: Monitora a tensão e corrente das baterias, garantindo o bom funcionamento do sistema. - Interruptor Manual:** Permite o desligamento do sistema para manutenção ou emergência.

3.4 Planejamento do Sistema de Recarga

O módulo TP4056 foi selecionado por sua capacidade de interromper automaticamente o carregamento ao atingir a capacidade máxima, evitando sobrecargas.

4. Diagramas

4.1 Diagrama de Alimentação

Este diagrama apresenta o sistema de alimentação do projeto, detalhando o fluxo de energia desde as fontes primárias até os componentes. Ele inclui as conexões entre as baterias, o regulador de tensão, o módulo de carregamento e os dispositivos de proteção, como fusíveis e interruptores.

4.2 Diagrama Unifilar

Este diagrama simplificado representa as conexões elétricas em um formato de linha única, facilitando a análise e compreensão do circuito como um todo. Ele destaca os principais componentes e suas interligações, sendo uma ferramenta essencial para planejamento e diagnóstico do sistema elétrico da bengala inteligente "Meu Norte".

4.3 Diagrama de Consumo

Focado no detalhamento do consumo energético, este diagrama mostra como cada componente do projeto utiliza a energia fornecida pelo sistema. Ele relaciona os dispositivos conectados (como ESP32, buzzer, vibracalls e sensores) com seus respectivos consumos de potência, ajudando a visualizar a eficiência e a autonomia do sistema.

5. Eficiência Energética

A eficiência energética é uma prioridade no projeto, e o modo deep sleep do ESP32 é utilizado para reduzir o consumo de energia quando o dispositivo não está sendo ativamente utilizado. Este modo permite que o dispositivo consuma uma quantidade mínima de energia, estendendo a autonomia.

A escolha de baterias Li-ion 18650 também contribui para a eficiência, já que essas baterias oferecem alta densidade de energia e têm uma longa vida útil. Além disso, o regulador MT3608 foi escolhido por sua eficiência em converter 3.7V para 5V, minimizando perdas de energia.

6. Panorama de Integração

A arquitetura de energia não se limita ao fornecimento de energia aos componentes individuais, mas assegura a integração dos subsistemas de energia (sensores, atuadores, microcontrolador e recarga) para uma operação eficiente: - O sistema de recarga garante que o carregamento das baterias seja seguro e eficaz. - A gestão de energia do ESP32, com o uso do modo deep sleep, economiza energia durante períodos de inatividade. - O monitoramento da carga das baterias ajuda a garantir que o sistema esteja funcionando de maneira segura e eficiente.

7. Conclusão

A arquitetura de energia da bengala inteligente foi projetada para fornecer uma solução eficiente, segura e fácil de usar, com uma autonomia adequada para o uso diário. A escolha dos componentes, como as baterias Li-ion, o regulador de tensão MT3608, o módulo TP4056 e o módulo INA219, assegura que o sistema funcione de maneira estável e segura.

O sistema de monitoramento da carga da bateria, juntamente com as proteções contra sobrecorrentes e o controle de recarga, garante uma operação confiável. A implementação do modo deep sleep no ESP32 e a simplicidade no processo de recarga via USB-C tornam o sistema eficiente e fácil de usar, especialmente para deficientes visuais.

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Versionamento

Versão	Data	Modificação	Autor
1.0	24/11/2024	Criação do documento	José Luís
1.1	02/12/2024	Adição de conteúdos	Alexsander Fontenele
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