Testes de Energia

Execução parcial em 24/10/2026

Os testes foram feitos em 24/10/2026, no laboratório da faculdade, sem a LiPo e sem os reguladores de 5 V e 3,3 V montados. A fonte de bancada fez o papel da bateria e dos reguladores, seguindo o roteiro adaptado. Os testes 2.1, 2.2 e 2.4 foram aprovados pelo roteiro adaptado. Ficaram para os testes com a LiPo e a placa montada a curva de tensão da bateria (2.1), a regulação (2.3), a queda no diodo (2.4), o divisor (2.5) e o consumo do ToF e do encoder (2.2).

São cinco testes, os essenciais para confirmar com medição o que o projeto conceitual de energia calculou: quanto cada componente consome, quanto tempo a bateria sustenta o robô e se as tensões e as proteções se comportam como previsto. Os testes 2.3, 2.4 e 2.5 são medidos durante a descarga do 2.1, a cada 10 min, para caber numa única ida ao laboratório.

Tabela 1: Matriz de testes de energia

ID	Descrição	Data de Início	Data de Conclusão	Responsável	Resultados Esperados	Resultados Obtidos	Aprovação Interna (S/N)	Aprovação do Orientador (S/N)	Observações
2.1	Curva de descarga da LiPo com os motores girando (RNF02, RNF03)	24/10/2026	24/10/2026	Giovana (execução), João Marcos (análise)	Com a LiPo: por pelo menos 30 min, a tensão fica acima do corte de 7,0 V. Com a fonte de bancada (roteiro adaptado): a corrente dos motores fica estável e eles não esquentam. Nos dois casos, a corrente média na bateria fica até 0,56 A (0,43 A do 4.2 mais 30%) e a autonomia estimada passa de 30 min	Emulado com a fonte de bancada a 6,01 V direto nos dois motores, girando livres, por 5 min: a corrente caiu de 54 para 51 mA (média de 52 mA, 26 mA por motor), e os motores não esquentaram. A corrente estimada na bateria, com o ESP32 transmitindo, é de 0,15 A, e a autonomia estimada é de 208 min	S		Aprovado pelo roteiro adaptado. Sem a LiPo, a tensão da bateria não foi medida, e com as rodas livres e sem o peso do robô a corrente fica abaixo da de operação. O teste térmico de 30 min não foi feito por haver uma fonte só. A curva com a LiPo fica para a integração. Figura 8
2.2	Consumo de cada componente (RNF03)	24/10/2026	24/10/2026	Giovana (execução), João Marcos (análise)	A corrente medida de cada componente fica até 30% acima da prevista no 4.2 (Tabela 1); o motor travado fica abaixo de 1 A, de modo que os dois juntos ficam abaixo do hold de 2,0 A do PTC	Motor N20 a 6,01 V: 26 a 30 mA girando livre e pico de 211 mA com o eixo travado por 2 s (o multímetro ficou em torno de 165 mA). ESP32 pelo VIN a 5,32 V: 42 mA com o código simples e 118 mA transmitindo. Todos abaixo do previsto. O ToF não apareceu na leitura da fonte (o conjunto com o ESP32 deu os mesmos 42 mA)	S		Tabela 3. O motor travado, mesmo somando os dois (0,42 A), fica bem abaixo do hold de 2,0 A do PTC. O ToF e o encoder ficam para medir com o multímetro no 3V3. Figuras 3 a 7
2.3	Regulação das linhas de 5 V e 3,3 V (RF02)	24/10/2026	24/10/2026	Giovana (execução), João Marcos (análise)	Do início ao fim da descarga, 5 V entre 4,75 e 5,25 V e 3,3 V entre 3,14 e 3,47 V	Não executado	—		Os reguladores não estavam montados; a fonte entregou os 5,32 V e os 6,01 V direto. Fica para a integração
2.4	Proteção contra inversão de polaridade e queda do diodo (RNF04)	24/10/2026	24/10/2026	Giovana (execução), João Marcos (análise)	Com a entrada invertida nada liga; ligado certo, a queda no SS34 fica entre 0,3 e 0,4 V	Fonte a 5,53 V com o ESP32 como carga. Com a entrada invertida, o SS34 bloqueou: 0,000 A na fonte, 0,00 mA no multímetro e o ESP32 apagado. Na polaridade certa, o diodo conduziu e o ESP32 ligou, puxando 0,289 a 0,293 A	S		A queda no diodo não foi medida, porque depende do teste com a LiPo; o firmware segue com os 0,35 V do 4.2. Figuras 1 e 2
2.5	Divisor de tensão da leitura da bateria (RF04)	24/10/2026	24/10/2026	Giovana (execução), João Marcos (análise)	A razão entre a tensão depois do diodo e a saída do divisor fica em 3,20 ± 2% em toda a descarga	Não executado	—		Divisor 22 kΩ / 10 kΩ (4.2, seção 6.1). Depende do 2.1 com a LiPo

Fonte: João Marcos e Giovana Martins, 2026.

Tabela 2: Cobertura dos requisitos de Energia

Requisito	Testes
RF02 Regulação das tensões de operação	2.3
RF04 Medição do nível de carga	2.4, 2.5
RNF02 Autonomia de operação	2.1
RNF03 Dimensionamento da capacidade da fonte	2.1, 2.2
RNF04 Proteções elétricas da fonte	2.2, 2.4

Fonte: João Marcos e Giovana Martins, 2026.

Os requisitos que dependem do robô montado (RF01 alimentação autônoma, RF03 seleção entre as fontes, RF05 sinalização, RF06 troca e recarga e RF07 fixação da fonte) e o alerta e o corte por subtensão feitos pelo firmware são verificados nos testes de integração.

Procedimentos

Equipamentos: dois multímetros (um para a corrente, em série, e outro para as tensões), cronômetro, a LiPo 2S de 650 mAh carregada no IMAX B3, os dois motores N20 e a ponte H TB6612FNG.

Segurança: a LiPo nunca é descarregada abaixo de 7,0 V. Se a tensão chegar a 7,0 V, o teste para na hora. A inversão de polaridade (2.4) é feita com o pacote de pilhas AA ou com a fonte de bancada limitada a 100 mA, nunca com a LiPo. O motor travado (2.2) fica no máximo 2 s parado, para não aquecer.

Execução em 24/10/2026: roteiro adaptado

No dia do teste só havia o regulador step-up, e a LiPo não tinha chegado. Por isso a fonte de bancada emulou as tensões que os reguladores e a bateria entregariam, e cada componente foi ligado direto nela:

• Polaridade (2.4): fonte a cerca de 5 V (5,53 V no display) com o ESP32 como carga, ligada invertida por no máximo 3 s e depois na polaridade certa.
• Consumo (2.2): um motor N20 direto na fonte a 6,01 V, como se estivesse ligado na bateria, com o multímetro em série medindo só a corrente do motor: primeiro girando livre, para o consumo médio, e depois com o eixo segurado por 2 s, para o pico; o ESP32 pelo VIN a 5,32 V, com um código simples e com um código que transmite; o ToF ligado no pino 3V3 do ESP32.
• Descarga emulada (2.1): os dois N20 direto a 6,01 V, com limite de 2,0 A, girando livres, com a corrente anotada a cada minuto. O teste térmico de 30 min não foi feito, porque havia uma fonte só e ela era usada pelos outros testes. Os motores rodaram 5 min sem esquentar, e os 30 min ficam para a repetição com a LiPo, se for preciso.

2.1 Curva de descarga da LiPo com os motores girando

1. Carregar a LiPo no IMAX B3 até 8,4 V, com balanceamento, e anotar a tensão em repouso.
2. Montar: LiPo → multímetro em série (escala de 10 A) → diodo SS34 → ponte H → dois motores, com as rodas livres. Se a placa da Eletrônica já estiver pronta, ligar o robô inteiro pela placa.
3. Acionar os motores pela ponte H com o PWM limitado a 71% (Tabela 8 do 4.2), para não passar dos 6 V dos motores. Com a ESP32 ligada, o consumo dela entra junto.
4. Disparar o cronômetro e, a cada 1 min, anotar o tempo, a tensão da bateria e a corrente.
5. A cada 10 min (0, 10, 20, 30...), anotar também a tensão depois do diodo, a saída do divisor e, se os reguladores estiverem montados, as linhas de 5 V e de 3,3 V. Essas são as leituras dos testes 2.3, 2.4 e 2.5.
6. Seguir por pelo menos 30 min (três tentativas de 10 min). Se der tempo, continuar até 7,0 V para medir a autonomia real.
7. Anotar qualquer coisa fora do normal na coluna de observação (motor esquentando, reinício da ESP32, cheiro, ruído).

Alternativa sem a LiPo: fonte de bancada

Se a LiPo não chegar a tempo, a fonte de bancada faz o papel da bateria, com dois canais:

• Canal 1 (bateria): começa em 8,4 V, com limite de 2,0 A, e alimenta o SS34, o divisor, o regulador de 5 V com a ESP32 e o de 3,3 V. A tensão é baixada em degraus que seguem a curva típica de uma LiPo 2S (8,40; 8,20; 8,04; 7,90; 7,80; 7,70; 7,62; 7,54; 7,46; 7,36; 7,00 V), cada degrau equivalendo a 10% da carga (65 mAh). A duração de cada degrau sai da corrente média dos 5 primeiros minutos: \(\Delta t\,[\text{min}] = 3900 / I\,[\text{mA}]\).
• Canal 2 (motores): fixo em 6,0 V, ligado direto nos dois motores, sem ponte H. É a tensão nominal do N20 e equivale aos 71% de PWM com 8,4 V, então não precisa de firmware para girar os motores.

As correntes dos dois canais são anotadas separadas (corrente_A e corrente_motores_A). A corrente que sairia da bateria é calculada pela potência dos motores:

\[I_{bateria} = I_{circuito} + I_{motores} \cdot \frac{6{,}0\ \text{V}}{V_{bateria}}\]

Nesse caso a curva de tensão pelo tempo é emulada: a corrente, a regulação, o diodo e o divisor são medidos, e a autonomia sai da corrente média. Como a fonte não estraga abaixo de 7,0 V, dá para seguir até 6,5 V e ver até onde os reguladores seguram e quando o firmware alerta e corta. Quando a LiPo chegar, o teste 2.1 é repetido com ela.

2.2 Consumo de cada componente

1. Medir em separado, com o multímetro em série na alimentação de cada um:
   • um motor girando livre, pela ponte H a 71%;
   • um motor com a roda segurada, por no máximo 2 s, na escala de 10 A;
   • a ESP32 pelo VIN a 5 V, ligada sem Bluetooth conectado e depois transmitindo;
   • um sensor ToF e um encoder a 3,3 V.
2. Anotar a tensão de cada um no momento da medição.
3. Se o robô estiver montado, medir também a corrente total pela LiPo em operação.

2.3 Regulação das linhas de 5 V e 3,3 V

Feito durante o 2.1: a cada 10 min, medir as saídas do buck-boost (5 V) e do LDO (3,3 V) com a carga ligada. Se os reguladores ainda não estiverem montados, o teste fica para a integração.

2.4 Proteção contra inversão de polaridade e queda do diodo

1. Com as pilhas AA ou com a fonte de bancada limitada a 100 mA, ligar a entrada invertida por poucos segundos e verificar que nada liga e que a corrente fica perto de zero.
2. Desligar e ligar na polaridade certa.
3. Durante o 2.1, a cada 10 min, medir a tensão antes e depois do SS34. A diferença é a queda do diodo naquela corrente.

2.5 Divisor de tensão da leitura da bateria

Feito durante o 2.1: a cada 10 min, medir a tensão depois do diodo e a saída do divisor (o ponto que vai ao ADC). A página calcula a razão entre as duas.

Resultados

Como registrar os dados

As leituras vão em dois arquivos, que podem ser editados direto no GitHub ou numa planilha salva como CSV, com ; entre as colunas:

• docs/dados/energia/descarga-lipo.csv: uma linha por minuto do teste 2.1, com as leituras de 10 em 10 min nas colunas extras. A coluna corrente_motores_A só é usada com a fonte de bancada; se ela estiver preenchida, o gráfico avisa que a descarga foi emulada;
• docs/dados/energia/consumo-componentes.csv: a corrente e a tensão medidas de cada componente do teste 2.2. As correntes previstas já estão preenchidas.

Ao salvar, os gráficos e as tabelas abaixo são refeitos. Basta conferir os números e preencher as colunas de resultado e de aprovação da Tabela 1.

Contas feitas a partir das leituras

Com as leituras \(V_k\) (V) e \(I_k\) (A) no tempo \(t_k\), a página calcula, entre cada par de leituras seguidas (regra dos trapézios):

\[E = \sum_k \frac{V_k I_k + V_{k+1} I_{k+1}}{2}\,(t_{k+1} - t_k) \qquad Q = \sum_k \frac{I_k + I_{k+1}}{2}\,(t_{k+1} - t_k)\]

em que \(E\) é a energia consumida (J, com o tempo em segundos) e \(Q\) é a carga usada (mAh, com o tempo em horas e a corrente em mA). A autonomia estimada usa a corrente média \(\bar{I}\) e os 80% da capacidade que podem ser usados sem passar do corte (4.2, seção 4.1):

\[t_{autonomia} = \frac{0{,}80 \times 650\ \text{mAh}}{\bar{I}}\]

No teste 2.2, a potência de cada componente é \(P = V \cdot I\), e a diferença para o previsto é \((I_{medida} - I_{prevista}) / I_{prevista}\). A comparação usa a margem de 30% adotada no dimensionamento (4.2, Tabela 4).

2.1 Curva de descarga

Sem a LiPo, só a corrente dos motores foi registrada. A corrente que sairia da bateria é estimada pela potência dos motores e do ESP32 transmitindo (118 mA a 5,32 V, do 2.2), com o rendimento de 85% da ponte H e dos reguladores (4.2, seção 2), sobre a tensão nominal de 7,4 V:

\[I_{bateria} = \frac{I_{motores} \cdot 6{,}01\ \text{V} + I_{ESP32} \cdot 5{,}32\ \text{V}}{7{,}4\ \text{V} \times 0{,}85} = \frac{0{,}0524 \times 6{,}01 + 0{,}118 \times 5{,}32}{6{,}29} \approx 0{,}15\ \text{A}\]

Com esses 0,15 A, os 80% da carga (520 mAh) durariam cerca de 208 min. O número serve só como limite de baixo: girando livres, sem o peso do robô e sem a ponte H, cada motor puxou 26 mA, contra os 150 mA de cruzeiro do 4.2, e o motor travado deu 211 mA, contra os 800 mA previstos. Até a repetição com a LiPo e o robô montado, o dimensionamento continua usando os 0,43 A do 4.2, que ficam do lado da segurança.

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Tabela 3: Consumo previsto e medido de cada componente

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Fonte: João Marcos e Giovana Martins, 2026.

Evidências

Registros feitos pela Giovana durante a execução. Nas fotos, o display da fonte de bancada mostra a corrente (A) e a tensão (V) entregues; quando aparece, o multímetro está em série, na escala de mA (o sinal negativo é só o sentido das pontas). As Figuras 3 e 4 são quadros do vídeo do teste do motor.

Figura 1: Entrada invertida no teste de polaridade, 0,000 A na fonte e o ESP32 apagado (2.4)

Figura 2: Entrada na polaridade certa, com o ESP32 ligado: 0,289 e 0,293 A na fonte (2.4)

Figura 3: Um motor N20 girando livre a 6,01 V, 0,028 A na fonte (2.2)

Figura 4: Um motor N20 com o eixo travado, pico de 0,211 A na fonte (2.2)

Figura 5: ESP32 pelo VIN a 5,32 V com o código simples, 0,042 A (2.2)

Figura 6: ESP32 transmitindo para o celular, 0,118 A (2.2)

Figura 7: ESP32 com o ToF ligado no pino 3V3, 0,042 A no conjunto (2.2)

Figura 8: Os dois motores a 6,01 V, de 1 a 5 min: 0,054, 0,053, 0,052, 0,052 e 0,051 A (2.1)

Histórico de Versões

Versão	Data	Descrição	Autor(es)	Revisor(es)	Detalhes da revisão
1.0	17/10/2026	Planejamento dos testes de energia: um teste por requisito (RF01 a RF07 e RNF01 a RNF04), testes previstos no projeto conceitual, procedimentos e numeração de 2.1 a 2.16 corrigida #167.	João Marcos Moraes de Andrade, Giovana Martins de Brito	—	—
1.1	22/10/2026	Lista reduzida aos cinco testes essenciais, a pedido da professora: curva de descarga com os motores girando, consumo de cada componente, regulação, polaridade e divisor, medidos numa única ida ao laboratório; gráfico e contas gerados a partir das leituras em CSV.	João Marcos Moraes de Andrade, Giovana Martins de Brito	—	—
1.2	22/10/2026	Alternativa com fonte de bancada para o teste 2.1, caso a LiPo não chegue: curva de tensão emulada em degraus, motores num canal à parte a 6,0 V e coluna corrente_motores_A no CSV.	João Marcos Moraes de Andrade, Giovana Martins de Brito	—	—
1.3	24/10/2026	Resultados da execução de 24/10/2026 com o roteiro adaptado (fonte de bancada no lugar da LiPo e dos reguladores): polaridade, consumo do ESP32 e do ToF e corrente dos motores por 5 min, com a corrente da bateria e a autonomia estimadas pela potência.	João Marcos Moraes de Andrade, Giovana Martins de Brito	—	—