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Usando o computador em controle remoto (ART503)

Um recurso poderoso para o controle remoto dos mais diversos dispositivos é o computador. Através dele podemos gerar sinais de comando inteligentes e até monitorar o que está acontecendo num sistema controlado. No entanto, para fazer isso é preciso contar com interfaces apropriadas. Essas interfaces nada mais são do que circuitos que permitem que o computador "converse com o mundo exterior". Neste nosso artigo vamos mostra como isso é possível e como aplicar esta tecnologia no controle remoto.

Para se comunicar com o mundo exterior, os computadores usam portas.

Existem basicamente três tipos de portas num PC: serial, paralela e USB (Universal Serial Bus). A porta serial envia os dados um após o outro (daí o nome "serie"), conforme mostra a figura 1. Esta porta usa então um condutor único por onde passam todos os dados. O outro condutor é o "retorno".

 

O PC enviando dados para o receptor.
O PC enviando dados para o receptor.

 

Na porta paralela, existem fios para que os bits sejam enviados um ao lado do outro, e fios que correspondem ao retorno, conforme mostra a figura 2.

 

Os bits de saída.
Os bits de saída.

 

Finalmente, nos computadores mais modernos, a comunicação com o mundo exterior é feita pela USB (Universal Seriam Bus). Trata-se de um sistema serial (em série) em que uma única saída pode enviar e receber bits de diversos dispositivos que sejam ligados no mesmo circuito, isso ao mesmo tempo, conforme mostra a figura 3.

 

A ligação USB.
A ligação USB.

 

Para efeito de aplicações práticas em controle remoto, a porta mais fácil de usar é a paralela, também chamada "porta da impressora", pois nela é ligada normalmente a impressora.

Para usar esta porta é preciso saber que tipos de sinais podemos enviar através dela e em que quantidade. Depois veremos de que forma podemos fazer isso através de programas.

 

Os Sinais da Porta Paralela

Os computadores são formados por circuitos lógicos e em suas saídas lógicas, como a porta paralela, só podemos colocar níveis lógicos correspondentes aos bits, ou seja "zeros e uns".

Para a porta paralela de um PC o nível lógico 0 ou bit 0 corresponde a uma tensão nula. O pino da porta em que isso acontecer estará aterrado quando o nível lógico 0 estiver presente.

Por outro lado, o nível lógico 1 ou bit 1 corresponde a uma tensão de 5 V, conforme mostra a figura 4.

 

Nível alto = 5 V  - baixo = 0 V.
Nível alto = 5 V - baixo = 0 V.

 

Como em todo circuito lógico TTL, como os usados nos computadores, a corrente que podemos obter de uma saída de um computador é muito baixa. Essa corrente é insuficiente para acionar diretamente alguma coisa de maior potência como um motor, uma lâmpada, um relé, ou seja lá o que for.

Para que possamos controlar alguma coisa com os níveis alto e baixo das porta do PC, ligando ou desligando alguma coisa, precisamos de um circuito de interface, conforme mostra a figura 5.

 

Um dispositivo de interface.
Um dispositivo de interface.

 

A finalidade desse circuito é dupla: ao mesmo tempo que ele aumenta a capacidade de controle da porta paralela em alguns casos ele também isola o circuito do controlado dos circuitos do PC.

De fato, os circuitos de um computador são muito delicados e qualquer coisa de errado que ocorre com o circuito que estamos tentando controlar pode causar sua queima. Não desejamos que isso aconteça com as partes caras do nosso computador, como o seu microprocessador.

 

A Porta Paralela

Na porta paralela do PC temos 8 saídas de sinais digitais ou 8 bits disponíveis ao mesmo tempo, que podem ser usados para controlar até 8 dispositivos ao mesmo tempo.

Estes sinais são acessíveis por um conector de 25 pinos, denominado DB-25 que tem a pinagem mostrada na figura 6.

 

A pinagem da porta paralela.
A pinagem da porta paralela.

 

Veja que temos muito mais dos que os 8 pinos necessários aos 8 sinais que podemos usar. Existem alguns outros tipos de sinais que permitem que o computador receba de volta informações sobre os circuitos que está controlado, como no caso de uma impressora, para saber se ela está pronta, se tem papel, etc. No nosso caso, estes sinais ainda não são importantes.

Também observamos que os sinais que correm paralelos por um fio tipo "fita" como os usados numa impressora são muito sensíveis à interferências. Assim, alternadamente nestas fitas colocamos um fio de sinal e um fio de terra de modo a servir de blindagem.

Outro problema que decorre desta sensibilidade faz com que os cabos de transmissão de sinais paralelos não possam ser muito longos. Assim, a ligação do computador aos circuitos que devem ser controlados não deve superar os 2 ou 3 metros.

 

Analisando os Sinais

Conforme vimos, os sinais presentes na porta paralela são níveis lógicos que correspondem à tensões de 0 ou de 5 V.

No entanto, se ligamos alguma coisa numa saída paralela, como mostra a figura 7, quando os 5 V são aplicados, dependendo da resistência do que está sendo ligado a tensão cai.

 

Quanto maior a corrente menor a tensão.
Quanto maior a corrente menor a tensão.

 

O gráfico da figura 8 mostra de que modo o sinal fica "deteriorado" quando carregamos a porta paralela de um computador.

 

Gráfico representando a queda de tensão pelo aumento da corrente.
Gráfico representando a queda de tensão pelo aumento da corrente.

 

Assim, se vamos acionar alguma coisa com os 5 V da porta paralela de um computador de modo a controlar remotamente alguma coisa, precisamos ter um circuito amplificador com bom ganho, que não exija muita corrente.

 

Circuitos

O circuito mais simples que podemos elaborar para controle remoto pela porta paralela consiste no acionamento direto de um relé por um transistor, sem isolamento. Este circuito, mostrado na figura 9 tem a vantagem de ser muito simples, mas a desvantagem de não isolar o circuito do transistor do circuito do PC.

 

Um circuito simples de interface.
Um circuito simples de interface.

 

Montando 8 circuitos como este numa mesma placa poderemos controlar até 8 dispositivos externos usando o teclado do computador, mouse ou mesmo um joystick, dependendo apenas do programa que vai ser usado.

Outro circuito, um pouco mais sensível, mas também sem isolamento do PC é o mostrado na figura 10 em que usamos dois transistores.

 

Um circuito mais sensível.
Um circuito mais sensível.

 

Este circuito exige menos corrente e por isso "carrega" menos as saídas do PC o que significa mais sensibilidade, mas ele também não é isolado do computador.

Para um circuito isolado, será conveniente fazer uso de técnicas especiais como as que empregam acopladores ópticos. Conforme mostra a figura 11, um acoplador óptico transfere um sinal de um ponto a outro de um circuito através de um raio de luz (infravermelha, por exemplo).

 

O fototransistor.
O fototransistor.

 

Isso significa que entre o LED emissor excitado pelo computador e o foto-transistor usado no receptor não existe contacto elétrico. O isolamento típico entre esses dois componentes chega a mais de 7 000 volts em alguns casos.

No entanto, é preciso amplificar o sinal recebido pelo foto-transistor que consiste numa corrente muito fraca. Para esta finalidade pode ser usado um circuito como o mostrado na figura 12.

 

Usando o fototransistor para isolar a saída do PC.
Usando o fototransistor para isolar a saída do PC.

 

Veja que o sinal obtido neste circuito pode tanto ser usado para disparar um relé, como mostra a figura 13, como para outras finalidades.

 

Usando o mesmo princípio para disparar um relé.
Usando o mesmo princípio para disparar um relé.

 

Assim, na figura 14 mostramos como usa este sinal para disparar um monoestável e assim obter uma forma de controle diferente.

 

Utilizando o 555.
Utilizando o 555.

 

Numa aplicação típica deste tipo de controle, dependendo do programa usada, o relé ou dispositivo controlado, fica acionado apenas pelo tempo em que o nível alto está presente na saída correspondente da porta. Se quisermos ter uma ação temporizada temos duas alternativas: fazer isso pelo programa (software) ou fazer isso através de um circuito (hardware).

Uma idéia simples de acionamento por hardware é a mostrada na figura 15 em que usamos um circuito integrado 555 para controlar um relé a partir do sinal de um dos pinos da porta paralela.

 

Utilizando o 555 e ativando um relé.
Utilizando o 555 e ativando um relé.

 

Quando um pulso de curta duração aparece no pino correspondente da porta paralela, o monoestável é disparado mantendo o relé ativado por um intervalo de tempo que depende de R e de C no mesmo circuito.

Para um capacitor de 1000 µF e um resistor de 100 k ? o tempo será da ordem de 1 minuto. A fórmula dada a seguir permite calcular o tempo de acionamento para valores de R em ? e de C em farads:

 

T = 1,1 x R x C

 

Conclusão

Os circuitos que vimos são apenas alguns exemplos de como podemos controlar coisas através do computador. Na próxima edição daremos alguns circuitos práticos de controle remoto usando o computador e também veremos como usar outras saídas para esta finalidade.

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