Interruptor crepuscular (ART393)

Um projeto de grande utilidade no lar, no estabelecimento comercial ou industrial, na sinalização de bóias e torres, situados em locais de difícil acesso, e até na própria casa de campo é o interruptor crepuscular. Com ele é possível ativar um sistema de iluminação ou um sistema de alarme ao anoitecer e desligá-lo ao amanhecer de modo totalmente automático, usando para isso a própria luz do dia. O projeto que descrevemos pode controlar cargas de até 10A, é sensível e não tem o inconveniente da tremulação no acionamento o que ocorre com as versões que usam semicondutores de potência.

Se você tem um estabelecimento comercial, um sítio ou ainda viaja muito, uma preocupação importante é a de acender as luzes de entrada, de uma vitrine ou de um local de acesso à noite e apagá-la ao amanhecer. Para quem tem de se deslocar muito para fazer isso, a possibilidade de contar com um sistema automático é algo muito interessante.

Usando a própria luz do dia, pode-se acionar o sistema de iluminação ou mesmo um sistema de alarme, tão logo escureça e depois desligá-los quando amanhece. É o mesmo sistema que as empresas públicas de energia elétrica usam para acender e apagar a iluminação de rua.

A nossa versão é bastante sensível com a possibilidade de se ajustar facilmente o ponto de acionamento o que permite sua utilização em locais com os mais diversos níveis de iluminação natural, sem o perigo de um comportamento errático.

O sensor usado é de baixo custo e bastante comum (um LDR) que tem grande sensibilidade para a aplicação descrita. Por outro lado, o circuito pode controlar cargas de até 10 A de corrente, o que significa 1 000 watts de lâmpadas na rede de 110V e 2 000 watts de lâmpadas na rede de 220V.

O consumo de energia do próprio aparelho na condição de espera é muito baixo, garantindo assim uma boa economia para o usuário que tem as lâmpadas acionadas nos tempos certos.

Outra aplicação interessante, para os que costumam chegar em casa justamente ao anoitecer, é usar o aparelho para alimentar um conjunto de eletrodomésticos neste momento.

Assim, ao chegar em casa, o ambiente já estará iluminado, eventualmente com uma cafeteira já acionada há algum tempo, permitindo assim que o cafezinho quente esteja de imediato à mão.

Da mesma, forma, com a utilização da posição NF dos contactos do relé, o aparelho pode acionar uma lâmpada e um aparelho de som no quarto do usuário, servindo como um bom despertador eletrônico...

 

CARACTERÍSTICAS

  • Tensão de alimentação: 110/220 VCA
  • Potência máxima controlada: 1000 W (110V ou 2000W (220V)
  • Consumo do controle: 5 W (tip)

 

COMO FUNCIONA

Uma porta das quatro existentes no circuito integrado 4093B funciona como um inversor em cuja entrada temos um divisor de tensão. O divisor de tensão leva o sensor (LDR), um resistor e um ajuste que é o trimpot P1.

Com o LDR iluminado, ajusta-se P1 para que a tensão no divisor fique um pouco acima do que o circuito integrado reconhece como nível alto. Nestas condições, a saída do CI se mantém no nível baixo.

As outras três portas do CI são então ligadas em paralelo como inversores de modo a termos um buffer ou amplificador digital. As três portas recebem o nível baixo da saída da anterior de modo que em suas saídas, que são ligadas em paralelo, temos um nível alto de tensão.

Estas três saídas excitam um transistor PNP que tem por carga de coletor um relé. Isso significa que, nas condições indicadas, com um nível alto de tensão o transistor se mantém cortado e, portanto o relé desenergizado. Uma carga ligada a este relé se mantém desativada.

O resultado do que vimos pode ser resumido da seguinte forma: com luz no LDR o relé se mantém desenergizado.

Se o nível de iluminação no LDR diminui, sua resistência aumenta e com isso cai a tensão no divisor até o ponto em que a porta de entrada passa a reconhecê-la com nível baixo.

Quando isso ocorrer a saída desta porta vai ao nível alto, e consequentemente a saída das três portas em paralelo vão ao nível baixo.

Com uma tensão baixa na base, o transistor satura e o relé é energizado, alimentando o circuito de carga.

Uma característica importante do CI 4093 é a histerese, mostrada na figura 1.

 

Características de histerese do 4093 com alimentação de 10 V.
Características de histerese do 4093 com alimentação de 10 V.

 

A histerese significa que o "caminho de ida" no disparo, não é o mesmo que o "caminho de volta" no desligamento. Assim, se a tensão ficar oscilando em torno do valor de disparo, conforme mostra a figura 2, uma vez que o circuito seja acionado, ele não desliga ou instabiliza-se.

 

Instabilidade de um circuito sem histerese.
Instabilidade de um circuito sem histerese.

 

Desta forma, as variações da iluminação que poderiam ocorrer quando próximas do ponto de disparo não afetam o circuito. Diferentemente de um circuito em que o ponto de disparo seja o mesmo de desligamento, não haveriam instabilidades ou tremulações do relé ao ser acionado.

O capacitor C1 também por finalidade reduzir a velocidade de resposta às variações de luz impedindo o disparo pela passagem de uma sombra momentânea diante do sensor, ou o apagamento das luzes durante à noite por um relâmpago.

O circuito é alimentado por um transformador que o isola da rede, e como o sensor trabalha com corrente contínua ele pode ser instalado longe do aparelho. Isso possibilita sua colocação em local que tenha apenas a iluminação ambiente.

Se o sensor receber a iluminação do próprio sistema que ele alimenta poderia ocorrer a oscilação.

 

MONTAGEM

O diagrama completo do interruptor crepuscular na sua versão básica é mostrado na figura 3.

 

Diagrama completo do interruptor crepuscular.
Diagrama completo do interruptor crepuscular.

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.

 

Placa de circuito impresso e ligações dos elementos externos.
Placa de circuito impresso e ligações dos elementos externos.

 

O relé usado no projeto é o G1RC1 de 10A mas equivalentes de maior corrente ou menor corrente podem ser usados. O montador deve antes procurar este componente, pois se não encontrar o original pode precisar fazer alterações no desenho da placa de circuito impresso.

O LDR usado é do tipo redondo comum de 1 ou 2,5 cm. Sua colocação num tubinho que aponte para o céu de modo a receber apenas a luz natural é interessante nos casos em que exista iluminação artificial próxima ou as lâmpadas do próprio sistema que vai ser controlado, conforme mostra a figura 5.

 

Modo de instalar o aparelho para não haver realimentação.
Modo de instalar o aparelho para não haver realimentação.

 

O circuito integrado pode ser instalado num soquete DIL de 14 pinos para maior segurança. O transistor admite equivalentes como o BC557 e o BC559 e os diodos retificadores podem ser substituídos pelos 1N4004.

Os resistores são todos de 1/8W e os capacitores devem ter tensões de trabalho de 12V ou 16V.

Para alojar o conjunto pode ser usada uma caixa plástica ou de metal com uma saída de tomada ou terminais de parafusos para a instalação que deve ser controlada. O cabo de conexão ao LDR não precisa ser blindado.

Na figura 6 temos uma sugestão de como montar o aparelho numa caixa.

 

Sugestão de caixa para montagem.
Sugestão de caixa para montagem.

 

INSTALAÇAO E AJUSTES

A figura 5 mostra como devem ser dispostos os diversos elementos que formam o sistema de acionamento automático de iluminação.

Ajuste P1 para que as luzes fiquem apagadas com a iluminação natural, mesmo de um dia encoberto e para que o acionamento ocorra com um nível de luz bem baixo.

Será interessante fazer este ajuste com a iluminação do momento desejado para o disparo.

Certifique-se de que o sistema de iluminação acionado não interfere no sensor, provocando oscilações.

Feito isso é só deixar o sistema ligado permanentemente, ou ligá-lo ao deixar o local em que ele deve atuar.

 

LISTA DE MATERIAL


Semicondutores:

CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS

Q1 - BC558 ou equivalente - transistor PNP de uso geral

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

D3 - 1N4148 ou 1N914 - diodo de uso geral de silício


Resistores: (1/8WE, 5%)

R1 - 10 k?

R2 - 100 k?

R3 - 2,2 k?

P1 - 1 M? - trimpot


Capacitores:

C1 - 10 µF/12V - eletrolítico

C2 - 1 000 µF/12V - eletrolítico


Diversos:

LDR - FR-17 ou equivalente - LDR comum - ver texto

K1 - G1RC1 - Relé de 6V x 10A - Metaltex ou equivalente

S1 - Interruptor simples

F1 - Fusível de 4 a 15A - de acordo com as lâmpadas controladas

T1 - Transformador com primário de acordo com a rede de energia e secundário de 6+6V x 300 mA

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, soquete para o circuito integrado, suporte de fusível, cabo de alimentação, fios para o circuito de carga, tomada ou terminais de parafusos, fios, solda, parafusos e fixadores para a placa de circuito impresso, etc.

 

 

 

USANDO FOTO TRANSISTOR EM LUGAR DO LDR

Para os leitores que desejarem usar um foto-transistor em lugar do LDR modificações podem ser feitas com facilidade.

Basta acrescentar um transistor de modo a se obter uma variação maior do divisor na entrada da primeira porta do circuito integrado conforme mostra a figura A.

 

Foto-transistor no lugar do LDR.
Foto-transistor no lugar do LDR.

 

No entanto, este circuito, por ser muito mais sensível e por usar um componente sensor de alta impedância é mais sensível a ruídos que poderiam instabilizar seu funcionamento.

Assim, nesta alteração, deve ser usado um cabo blindado para a conexão do foto transistor.

Quanto ao foto-transistor usado ele pode ser praticamente de qualquer tipo e até mesmo foto-diodos podem ser experimentados.

 

 


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