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Dispositivo de Automação Sequencial (MEC184)

Um sistema de automação que aciona circuitos externos em sequência, com tempos programáveis independentemente para cada canal é o que propomos neste artigo. Semáforos, simuladores de presença, iluminação sequencial, automação programada, tudo isso pode ser projetado a partir deste sistema.

Os sistemas sequenciais comuns com integrados do tipo 4017, ou outros contadores, apresentam um sério inconveniente: podemos ajustar à vontade a duração do ciclo completo, mas não podemos ajustar as saídas para que permaneçam ativadas por tempos diferentes.

Este tipo de aplicação se faz necessário em sistemas como semáforos, onde o vermelho e o verde devem ter duração diferentes do amarelo, em simuladores de presença e mesmo na automação de máquinas industriais.

Com o circuito que propomos este problema é resolvido, o que abre um leque de muitas aplicações práticas: cada saída pode ser programada para um acionamento numa faixa que vai de fração de segundo até perto de 1 hora, e o número de saídas, dado basicamente como 3, pode ser expandido indefinidamente, sempre com o mesmo comportamento.

O circuito é relativamente simples, utilizando integrados 555 e com relês de controle pode controlar cargas de características diferentes.

 

COMO FUNCIONA

A base do circuito é o timer 555 que funciona como um multivibrador monoestável nesta aplicação.

Os 555 são ligados em cascata, de modo que a desativação de cada um provoca a ativação do seguinte.

Conforme sabemos, o disparo do 555 na configuração monoestável se faz aterrando momentaneamente a entrada 2 que se encontra sob tensão positiva, graças a um resistor de 33 k ligado à alimentação (+B).

Para dar início ao processo de sequenciamento, um interruptor de pressão aterra a primeira entrada 2 dos integrados 555.

Neste momento, a saída 3 deste primeiro integrado é levada ao nível Hl, energizando o primeiro relê que alimenta sua carga.

O tempo que esta saída permanecerá no nível Hl depende da constante de tempo dada por P1/R2/C3. Uma tabela, conforme mostrado na figura 1, permite alterar os tempos conforme as aplicações.

 

Figura 1 – Gráfico/Tabela de tempos
Figura 1 – Gráfico/Tabela de tempos

 

Lembramos apenas que a resistência total no circuito de tempo não deve ser inferior a 1 k, nem superior a 1 M e que a capacitância não pode ser inferior a 100 pF, nem superior a 470 µF.

Quando a saída do pino 3 do primeiro integrado volta ao nível LO, o capacitor C4 é curto-circuitado, de modo a aplicar o sinal de disparo ao segundo integrado (Cl-2) no seu pino 2.

Este integrado é então energizado, de modo que o relê, em sua saída, ativa-se.

O tempo de ativação deste integrado é dado pela constante de tempo P2/R4/CS, através do mesmo processo da etapa anterior.

Sucessivamente, etapas seguintes são acionadas com a desativação de cada relê, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – Sinais do circuito
Figura 2 – Sinais do circuito

 

No projeto original damos apenas 3 etapas de acionamento, havendo no final a realimentação (C2), que reinicia o processo. Nada impede que mais etapas sejam acrescentadas para outros tipos de aplicação.

Os relês usados podem alimentar cargas de correntes de até 4A (pares de contactos ligados em paralelo), mas o uso de relês de maior corrente também é viável.

Do mesmo modo, os contactos NF podem ser usados para desativar cargas nos tempos desejados.

A alimentação do circuito é feita por uma fonte bastante simples, que fornece uma tensão em torno de 12 V, com um LED indicador para monitorar o funcionamento do aparelho.

 

MONTAGEM

Na figura 3 damos o circuito completo do dispositivo de automação.

 

Figura 3 – Circuito completo
Figura 3 – Circuito completo

 

A nossa sugestão de placa de circuito impresso é mostrada em tamanho natural, para 3 etapas, na figura 4.

 

Figura 4 – Placa para a montagem
Figura 4 – Placa para a montagem

 

Tanto os relês como os integrados podem ser soldados na própria placa. Apenas sugerimos que o leitor,se usar integrados diferentes, procure ter estes componentes em mãos antes de fazer a montagem, pois será necessário mudar o desenho da placa conforme sua pinagem.

Os cuidados principais com a montagem são:

a) Observar a posição dos integrados e polaridade dos diodos que são de uso geral como os 1N4148 ou equivalentes.

b) Observar a polaridade dos capacitores eletrolíticos. Sua tensão de trabalho pode ficar entre 16 e 25 V.

c) Os resistores são todos de 1/8 ou ¼ W.

d) Os capacitores C2, C4, C6 são cerâmicos com a marcação 104 ou .1 não sendo necessário observar polaridade.

e) Os potenciômetros (P1 a P3) podem ter valores até 1 M para ampliação dos tempos. Sua ligação à placa não precisa ser feita com fio blindado. Corte os seus eixos antes de colocar os botões.

f) O transformador é de 9 + 9 V com corrente a partir de 250 mA. A tensão do primário depende da rede local.

g) O fusível de proteção é dimensionado de acordo com as cargas controladas. No caso, estas cargas não devem superar 4 A.

h) Os relês podem ser os originais (MC2RC2) ou equivalentes sensíveis para tensão de 12 V e corrente de contacto segundo as cargas controladas.

Terminando a montagem, o teste é simples.

 

PROVA E USO

Ligue nas tomadas XP1, XP2 e XP3 lâmpadas incandescentes comuns (5 a 100 W).

Acione S1 e depois pressione S2. Todos os potenciômetros devem estar na posição de mínimo tempo.

Os relês devem ser acionados em sequência rápida alimentando as lâmpadas. Atue sobre cada potenciômetro para aumentar o tempo de acendimento da lâmpada correspondente.

Para utilizar o aparelho é só programar nos potenciômetros os tempos desejados. Altere os eletrolíticos se quiser novos intervalos.

Na figura 5 damos um circuito de 4 etapas para um semáforo, com o gráfico correspondente à sua ação.

 

Figura 5 – Circuito de semáforo com 5 etapas
Figura 5 – Circuito de semáforo com 5 etapas

 

Na figura 6 damos um circuito de simulador de presença para residência, com intervalos que, no total, podem somar até 3 horas.

 

Figura 6 – Simulador de presença
Figura 6 – Simulador de presença

 

Uma sugestão importante refere-se ao uso de um dispositivo externo para dar início ao ciclo de funcionamento. Basta, neste caso, substituir S2 por um relê (contactos) que seria acionado por um sistema sensor ou mesmo de tempo.

Um ciclo de procedimentos (acender a luz, ligar o rádio, etc.) poderia ser iniciado com a passagem da pessoa por um sensor óptico, que acionaria o relê em lugar de S2.

CI-1, CI-2, CI-3 - 555 - circuitos integrados timer

D1, D2 - 1N4002 ou equivalentes - diodos de silício

D3, D4, D5 - 1N4148 - díodos de uso geral

LED - LED vermelho, comum (optativo – não colocado na placa)

P1, P2, P3 – 470 k ou 1 M – potenciômetros lineares, comuns

F1 - fusível de 5 A

S1 - interruptor simples

S2 - interruptor de pressão (partida)

K1, K2, K3 - relês Metaltex

XP1, XP2, XP3 ~ tomadas para alimentação

T1 - transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 9 + 9 V com 250 mA ou mais

C1 - 1 000 µF x 16 V - capacitor eletrolítico

C2, C4, C6 - 100 nF (104) – capacitores cerâmicos

C3, C5, C7 - 47 µF x 16 V – capacitores eletrolíticos (ver texto)

R1, R3, R5 – 33 k x 1/8 W - resistores (laranja, laranja, laranja)

R2, R4, R6 - 4k7 x 1/8 W - resistores (amarelo, violeta, vermelho)

Diversos: placa de circuito impresso, caixa para montagem, botão para o potenciômetro, cabo de alimentação, fios, solda, etc.

 

 

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