UPS 220V com ESP32: Projeto, Controle e Segurança IoT

📚 Índice

• Introdução
• Princípios de Operação e Conceitos Básicos
• Componentes Essenciais📞 Interfone IP com Vídeo ChamadaDescubra como integrar interfone IP com vídeo chamada utilizando ESP32 para segurança residencial e corporativa, com streaming e criptografia avançada. e Seleção Técnica
• Projeto do Circuito e Implementação Prática💧 Sistema de Reúso de Água CinzaDescubra como implementar um sistema inteligente de reúso de água cinza com ESP32, monitoramento via sensores e integração IoT para sustentabilidade.
• IntegraçãoIntegração com Aplicativos Móveis e WebDescubra como integrar ESP32 com aplicativos móveis e dashboards web, garantindo interatividade, controle remoto e segurança em seus projetos IoT. Avançada com ESP32
• Programação, Lógica de Controle e SegurançaSegurança em MQTT: Autenticação e Criptografia no ESP32Descubra como proteger conexões MQTT em aplicações IoT com ESP32, implementando autenticação e criptografia TLS para segurança máxima.
• Testes, Otimização📡 Drone FPV com Transmissão de Vídeo ao VivoEste tutorial técnico detalha a construção de um drone FPV com transmissão de vídeo, telemetria via MAVLink e otimizações de latência. e Validação
• FAQ
• Considerações Finais

Introdução🔗

Um sistema UPS (Fonte de AlimentaçãoSelecionando Componentes de Hardware para o Sistema de Alarme com ESP32Descubra como selecionar os melhores componentes de hardware para criar um sistema de alarme com ESP32. Tutorial prático com dicas de segurança e eficiência. Ininterrupta) para rede 220V é crítico para garantir energia contínua a dispositivos essenciais durante falhas na rede elétrica. Este artigo aprofunda a construção de um UPS eficiente usando ESP32, com ênfase em inversores senoidais puros, algoritmos de comutação automática e práticas de segurança. Aplicações incluem servidores caseiros, sistemas médicos e infraestrutura de IoT, onde a qualidade da energia e a transição suave (<5ms) são prioritárias.

Princípios de Operação e Conceitos Básicos🔗

Modos de Funcionamento

1. Modo Normal:

• Energia da rede alimenta a carga e recarrega as baterias.
• O inversor permanece em standby, sem converter energia.

2. Modo Bateria:

• Ativado em falhas na rede, utilizando energia das baterias via inversor senoidal.
• Requer sincronismo de fase para evitar transientes durante a transição.

3. Modo Bypass:

• Transferência suave entre fontes usando relésControle de LEDs e Relés através do Web Server do ESP32Aprenda a controlar LEDs e relés usando um Web Server no ESP32. Este tutorial completo ensina montagem, configuração e programação para automação IoT. de estado sólido (SSR).

Topologias de UPS

Para projetos com ESP32O que é o ESP32: Introdução e Conceitos BásicosDescubra como o ESP32 revoluciona a automação e IoT com dicas práticas e projetos que transformam sua casa conectada. Domine a tecnologia!, a topologia online é preferida devido à qualidade da energia e tolerância a variações de carga.

Componentes Essenciais e Seleção Técnica🔗

Lista de Componentes Críticos

// Hardware Principal:
1. Baterias LiFePO4 24V 100Ah (2000 ciclos @ 80% DoD)
2. Inversor Senoidal Puro 3000W (THD <3%, eficiência 92%)
3. ESP32-WROOM-32D (Wi-Fi/BLE, dual-core 240MHz)
4. Módulo MPPT 40A para integração solar
5. Sensores ACS712 (0-30A AC) e SCT-013 (medição não invasiva)
6. Relés SSR-40DA (comutação em <1ms)

Especificações Técnicas Detalhadas

Projeto do Circuito e Implementação Prática🔗

Diagrama de Blocos

• (Incluir diagrama real com fluxo de energia, relés, sensoresProgramando o ESP32 para Integração de SensoresAprenda a programar o ESP32 e integrar sensores com técnicas de leitura e controle para projetos de IoT, do hardware ao código. e ESP32)

Etapas de Construção

1. Alimentação Dupla com Isolamento:

• Conecte a rede 220V e o inversor em paralelo via relésControle de LEDs e Relés através do Web Server do ESP32Aprenda a controlar LEDs e relés usando um Web Server no ESP32. Este tutorial completo ensina montagem, configuração e programação para automação IoT. SSR.
• Use transformadores isoladores para proteger o ESP32O que é o ESP32: Introdução e Conceitos BásicosDescubra como o ESP32 revoluciona a automação e IoT com dicas práticas e projetos que transformam sua casa conectada. Domine a tecnologia!.

2. MonitoramentoSegurança e Autenticação em APPsDescubra estratégias essenciais para implementar HTTPS, autenticação JWT e segurança robusta em APPs conectados ao ESP32 para IoT. Inteligente:

• Implemente divisores de tensão para medição segura da rede (ex: 220V → 3.3V via resistoresDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! de 30kΩ e 7.5kΩ).
• Acople sensores de correnteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis! para detectar sobrecargas.

3. Gestão de Baterias:

• Adicione um circuito balanceador de células para baterias em série.
• Integre um carregador MPPT☀ Monitor de Painéis Solares com MPPTDescubra como montar um monitor de painéis solares com MPPT utilizando ESP32, integrando IoT e dashboards para alta eficiência energética e análises preditivas. para recarga solar.

Código para Comutação Automática

void setup() {
  pinMode(RELE_REDE, OUTPUT);
  pinMode(RELE_BATERIA, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
}
void loop() {
  float tensaoRede = lerTensaoAC();
  if (tensaoRede < 180.0 || tensaoRede > 250.0) {
    digitalWrite(RELE_REDE, LOW);    // Desliga rede
    digitalWrite(RELE_BATERIA, HIGH); // Ativa inversor
    enviarAlertaIoT("Modo Bateria Ativado");
  } else {
    digitalWrite(RELE_BATERIA, LOW);
    digitalWrite(RELE_REDE, HIGH);
  }
  delay(10); // Loop rápido para resposta em <20ms
}

Integração Avançada com ESP32🔗

Funcionalidades do Microcontrolador

• Leitura AnalógicaExibindo Dados no Monitor Serial com ESP32Aprenda a configurar e exibir dados no Monitor Serial com ESP32, utilizando exemplos práticos e técnicas de depuração para otimizar seus projetos IoT. de Alta Precisão:

float lerTensaoAC() {
  int raw = analogRead(PINO_SENSOR);
  float tensaoPico = (raw * 3.3 / 4095.0) * ((R1 + R2) / R2);
  return tensaoPico * 0.707; // RMS
}

• Comunicação IoTSegurança na Rede: Protegendo a Conexão Wi-Fi do ESP32Proteja a conexão Wi-Fi do ESP32 com dicas de criptografia, senhas fortes e monitoramento, garantindo segurança e integridade dos dados.:
  • Envio de dadosProgramando o ESP32 para Publicar Dados via MQTTConfigure o ESP32 para publicar dados via MQTT com segurança e eficiência. Aprenda a configurar Wi-Fi e sensores para transmitir mensagens em tempo real. via MQTT para dashboards (ex: Tensão da Rede, Estado da Bateria).
  • Notificações por Telegram/Email em falhas.
• Algoritmos de Otimização📡 Drone FPV com Transmissão de Vídeo ao VivoEste tutorial técnico detalha a construção de um drone FPV com transmissão de vídeo, telemetria via MAVLink e otimizações de latência.:
  • PID📡 Drone FPV com Transmissão de Vídeo ao VivoEste tutorial técnico detalha a construção de um drone FPV com transmissão de vídeo, telemetria via MAVLink e otimizações de latência. para controle de carga de baterias.
  • Máquina de Estados Finitos (FSM) para gerenciamento de modos.

Diagrama de Estados (FSM)

Programação, Lógica de Controle e Segurança🔗

Estratégias de Controle

• Hysteresis: Evita oscilações com limites de ativação/desativação (ex: ativa em 180V, desativa em 190V).
• Soft-Start: Inicialização progressiva do inversor para evitar picos de correnteDesafios Práticos: Experimentando com Múltiplos LEDsAprenda a controlar múltiplos LEDs com ESP32 em projetos IoT. Descubra desafios práticos, montagem de circuitos, programação e efeitos visuais incríveis!.
• Proteções Integradas:
  • Desligamento por sobrecarga (usando leitura do ACS712🔌 Medidor de Energia Inteligente com ESP32Monte um medidor de energia inteligente com ESP32 e ACS712. Descubra técnicas avançadas de calibração e integração IoT para eficiência e segurança.).
  • Fusíveis ultrarrápidos (classe T) no circuito de bateria.

Critérios de Segurança

1. Isolamento Galvânico:

• Use optoacopladores em GPIOs do ESP32O que é o ESP32: Introdução e Conceitos BásicosDescubra como o ESP32 revoluciona a automação e IoT com dicas práticas e projetos que transformam sua casa conectada. Domine a tecnologia!.
• Adote fontes AC-DC isoladas (ex: módulos HLK-PM01).

2. Conformidade com Normas:

• Aderência à IEC 62040-1 (UPS) e IEC 62109 (inversores).

3. MonitoramentoSegurança e Autenticação em APPsDescubra estratégias essenciais para implementar HTTPS, autenticação JWT e segurança robusta em APPs conectados ao ESP32 para IoT. Avançado:

• Termistores para detecção de superaquecimento em baterias.
• DPS (Dispositivos de Proteção📞 Interfone IP com Vídeo ChamadaDescubra como integrar interfone IP com vídeo chamada utilizando ESP32 para segurança residencial e corporativa, com streaming e criptografia avançada. contra Surtos) na entrada da rede.

Testes, Otimização e Validação🔗

Procedimentos de Teste

1. Teste📡 Drone FPV com Transmissão de Vídeo ao VivoEste tutorial técnico detalha a construção de um drone FPV com transmissão de vídeo, telemetria via MAVLink e otimizações de latência. de Carga Máxima:

• Aplique 150% da carga nominal por 10 minutos.
• Monitore temperatura de componentes críticos📞 Interfone IP com Vídeo ChamadaDescubra como integrar interfone IP com vídeo chamada utilizando ESP32 para segurança residencial e corporativa, com streaming e criptografia avançada. (inversor, relés).

2. Simulação de Falhas:

• Use um variac para simular quedas de tensão e surtos.

3. Análise de Qualidade de Energia:

• Verifique THD com analisador de espectro (<5% aceitável).

Fórmulas Chave

• Autonomia da Bateria:

Autonomia (h) = (Capacidade (Ah) × Tensão (V) × 0.85) / Potência da Carga (W)

• Eficiência📡 Drone FPV com Transmissão de Vídeo ao VivoEste tutorial técnico detalha a construção de um drone FPV com transmissão de vídeo, telemetria via MAVLink e otimizações de latência. do Sistema:

η (%) = (Potência de Saída / Potência de Entrada) × 100

FAQ🔗

❓ Como escolher entre relésControle de LEDs e Relés através do Web Server do ESP32Aprenda a controlar LEDs e relés usando um Web Server no ESP32. Este tutorial completo ensina montagem, configuração e programação para automação IoT. mecânicos e SSR?

SSRs oferecem comutação mais rápida (<1ms) e maior vida útil, mas custam mais. RelésControle de LEDs e Relés através do Web Server do ESP32Aprenda a controlar LEDs e relés usando um Web Server no ESP32. Este tutorial completo ensina montagem, configuração e programação para automação IoT. mecânicos são adequados para cargas menores.

❓ Posso integrar energia solar ao UPS?

Sim, usando um controlador MPPT☀ Monitor de Painéis Solares com MPPTDescubra como montar um monitor de painéis solares com MPPT utilizando ESP32, integrando IoT e dashboards para alta eficiência energética e análises preditivas.. Conecte-o ao barramento DC das baterias para recarga híbrida (rede + solar).

❓ Qual a vantagem do inversor senoidal puro?

Compatibilidade universal com equipamentos sensíveis (ex: motores, equipamentos médicos), evitando danos por THD elevado.

❓ Como garantir sincronismo de fase na comutação?

Use um PLL (Phase-Locked Loop) no ESP32O que é o ESP32: Introdução e Conceitos BásicosDescubra como o ESP32 revoluciona a automação e IoT com dicas práticas e projetos que transformam sua casa conectada. Domine a tecnologia! para alinhar a fase do inversor com a rede antes da comutação.

Considerações Finais🔗

Construir um UPS 220V com ESP32 exige integração precisa de hardware e software, desde a seleção de componentes📜 Quadro Digital com Tela E-Ink de 32 PolegadasDescubra como combinar eficiência energética, tecnologia E-Ink e ESP32 para criar quadros digitais, dashboards interativos e arte generativa com soluções IoT. robustos até a implementação de algoritmos de controle confiáveis. Este projeto não só oferece uma solução econômica para aplicações críticas, mas também serve como plataforma de aprendizado em eletrônica de potência e IoT. Priorize sempre testes rigorosos e adote múltiplas camadas de proteção para garantir segurança e durabilidade. Com as técnicas discutidas, você estará apto a desenvolver um sistema personalizado, adaptável a cenários residenciais, industriais ou médicos.