Luz noturna automática e temporizada (COL114 )

É muito comum as pessoas terem o hábito de, ao anoitecer, acender uma lâmpada para a iluminação da varanda, garagem, jardim ou quintal, por motivos diversos, como segurança, sinal de que a moradia está ocupada, ou mesmo para utilizar a iluminação para ler, conversar com o vizinho, etc.

Se isso acontece todas as noites, por que não deixar essa tarefa automatizada, utilizando o recurso da optoeletrônica para “sentir” quando escurecer, e acender a lâmpada automaticamente ? Esse é o propósito do projeto que apresentamos a seguir, utilizando um foto-transistor como sensor de iluminação ambiente. – Aldoberto Lopes (Eccel Eletrônica – Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)

Além da aplicação doméstica, esse circuito pode ser utilizado por comerciantes para ligar automaticamente letreiros luminosos (displays) de sua loja ao anoitecer, desligando-os também automaticamente.

Incluímos no circuito um temporizador de período estendido ajustável, para desativar a iluminação depois de um certo intervalo dela ter sido acionada, o que proporcionará certa economia no gasto com energia elétrica durante a madrugada.

Embora o circuito tenha sido projetado visando o controle de lâmpadas, muitas outras aplicações onde um dispositivo eletro-eletrônico é ligado à noite e desligado depois de um certo período são possíveis.

FUNCIONAMENTO

O circuito completo da luz noturna automática e temporizada é visto na figura 1.

Figura 1 – Diagrama completo do aparelho

 O triac TR1 fica em série com o interruptor da lâmpada ou circuito elétrico a ser controlado.

O CI1A é um amplificador operacional funcionando como comparador de tensão.

Quando o foto-transistor FT1 está iluminado, sua resistência bastante baixa deixa a entrada negativa do operacional com tensão superior à da entrada positiva, forçando o CI1A a manter sua saída próximo de 0V.

Quando escurece, a condução do FT1 diminui, reduzindo a tensão na entrada negativa desse CI.

Assim que essa tensão se torna ligeiramente menor que a tensão da entrada positiva, o operacional leva sua saída à tensão de aproximadamente +Vcc.

Essa tensão passa a cortar o diodo D7, liberando o funcionamento do CI1B, que forma com os componentes ao seu redor um circuito astável (oscilador). Também conduz Q2, via R14, e Q1, via R8.

O CI2 é um contador binário de 12 saídas. A cada pulso positivo aplicado à sua entrada de clock, a contagem avança, seguindo a seqüência binária.

A qualquer instante, se o pino reset é levado ao nível alto, o CI pára seu processo de contagem e zera o nível lógico de todas suas saídas.

O oscilador formado pelo CI1B, C4 e componentes adjacentes, entrega os pulsos ao contador, que vai avançando sua contagem. Assim, vários pulsos são necessários para que uma determinada saída do contador passe para nível alto, ou seja, o contador atua como um divisor da freqüência do oscilador, ampliando seu período.

O diodo D5 realimenta a tensão que aciona o LED do acoplador óptico para a entrada positiva do comparador (CI1A). Com isso, o foto-transistor pode ser instalado mesmo perto da lâmpada. Uma vez acionado o triac, o FT1 só passará a ter função no circuito quando terminar o tempo programado, sendo que a saída do comparador só voltará ao nível baixo depois que amanhecer (clarear) novamente.

Portanto, mesmo que o triac tenha sido desligado, o oscilador continuará entregando pulsos para o CI2. No entanto, como a saída escolhida está ligada à base de Q4, o nível alto nessa saída satura esse transistor, que passa a "matar" os pulsos de clock que iriam para o pino 10, "congelando" as saídas e parando a contagem.

Quando o foto-transistor voltar a receber luz (quando o dia clarear), a saída do comparador passará para nível baixo, desativando o oscilador através do diodo D7 e levando o transistor Q1 ao corte.

Com Q1 no corte, a tensão no seu coletor passa a ser de +Vcc, estabelecendo um reset no CI2, que passa então a ficar pronto para um novo ciclo, assim que voltar a escurecer.

O diodo D6, entre os transistores Q2 e Q3, compensa a tensão de off-set do amplificador operacional, garantindo que o triac não entre em condução se a tensão de saída do CI1 for menor do que 2V.

A alimentação do circuito é formada pela própria rede elétrica que alimenta a lâmpada, sendo dispensado o uso de transformador.

A queda de tensão é feita nos capacitores C1 e C2, e o zener ZD1 fixa a tensão que alimenta o circuito de controle em aproximadamente 6V. O capacitor C1 deve ter tensão de trabalho de 400V, permitindo assim o uso do circuito tanto em rede de 110V como 220V, sem a necessidade de qualquer alteração em seus componentes.

C3 é o capacitor de filtragem da tensão de 6V.

MONTAGEM

A montagem deve ser feita na pequena placa de circuito impresso que pode ser adquirida no site do autor.

Nela, a maioria dos componentes é montada “em pé”. No caso dos diodos, a indicação da letra “K” (catodo) orienta quanto ao lado correto para a sua montagem.

O tamanho compacto dessa placa de circuito impresso é proposital, para que caiba em uma caixinha plástica de mercado pequena (Patola PB-064) e essa dentro de uma caixinha de luz comum 4x2. Por causa disso, as trilhas são mais estreitas e próximas, além da placa ser de dupla face.

Caso o leitor tenha dificuldades em confeccionar essa placa de circuito impresso ou queira economizar tempo, poderá adquiri-la pronta na Eccel Eletrônica: www.eccel.com.br - tel.: (11) 6722-6810.

A placa pronta da Eccel Eletrônica é de fibra de vidro e já tem os furos metalizados, bastando soldar os componentes nas ilhas por baixo da placa.

A barra de terminais (CN1/2), deve ser encaixada de cima para baixo, com os terminais menores passando para o lado de baixo da placa, sendo soldados nas ilhas desse mesmo lado.

Atenção quanto à posição do foto-transistor, que tem polaridade. O terminal menor (lado chanfrado) corresponde ao coletor, e deve ser colocado no furo de cima na placa.

O triac utilizado suporta uma corrente eficaz de 4A, o que limita a potência máxima da carga sob controle em 400W (para rede de 110V) ou em 800W (para rede de 220V). Portanto, o circuito é adequado para diversas aplicações, e não apenas para o controle de uma lâmpada, onde a corrente é muito menor (pouco menos de 1A para uma lâmpada de 100W em 110V).

Caso o dispositivo sob controle tenha um consumo superior a 100W, o triac deve receber um dissipador compatível, e talvez haja a necessidade do uso de uma caixa de alojamento maior, com furos para exaustão do ar quente do interior da caixa.

INSTALAÇÃO

Para instalar o circuito da luz noturna automática, interrompe-se os fios que ligam a lâmpada, ligando estes fios nos pontos AC da placa de circuito impresso. Nos pontos LPD da placa, liga-se a lâmpada. Portanto, o circuito fica em série com a lâmpada.

O foto-transistor FT1 deve ser instalado em um local protegido da chuva, mas onde possa “sentir” a iluminação natural externa. É importante que ele não receba a luz solar diretamente, para que não se danifique pelo aquecimento. Isole seus terminais, pois caso encostem na caixa de luz da lâmpada, ou sejam tocados, a indução de 60Hz pode danificar os componentes ou o circuito apresentar funcionamento errático. Procure não deixar o sensor diretamente virado para a lâmpada, para que o circuito funcione corretamente.

AJUSTE

O ajuste de VR1 estabelece o “horário” em que a lâmpada irá acender, determinando o “nível de escuridão” para que isso aconteça. Esse ajuste de VR1 fixa a tensão da entrada positiva do comparador (CI1A).

Adiantamos que o trimpot não deve ser colocado na resistência mínima (cursor em contato com o extremo do trimpot ligado a R3 - girando em direção ao diodo D5 na placa).

Se isso for feito, não vai ser possível conseguir um nível de escuridão suficiente para provocar o acionamento da lâmpada.

Analogamente, com o trimpot na resistência máxima, pode ser que a lâmpada acenda uma única vez, e depois a saída do comparador não volte mais para nível baixo, mesmo que o foto-transistor FT1 seja novamente bem iluminado, ficando impossível um novo ciclo (a lâmpada permanece indefinidamente apagada, não adiantando mais escurecer FT1).

Essas situações podem acontecer em função de tolerâncias nos valores dos componentes. Por isso, feito o ajuste do trim-pot, certifique-se de que o ponto escolhido está livre desses inconvenientes, observando se o funcionamento é realmente o esperado.

O período de permanência da lâmpada acesa é definido pela escolha da saída do CI2 que será ligada ao resistor R15 (da base de Q3). Essa saída é selecionada encaixando-se um jumper entre dois pinos em linha dos terminais CN1/2. O tempo correspondente a cada posição em que o jumper é encaixado pode ser verificado na figura 2

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Figura 2

Adiantamos que os capacitores eletrolíticos apresentam tolerâncias muito variáveis, podendo chegar a mais de 20%, o que certamente influenciará nesses períodos, que podem ficar um pouco acima ou abaixo do previsto.