TV Arma (ART2731)

Este artigo trata de um projeto que foi vendido em kit em 1978. O projeto descreve uma arma óptica que permitia acertar um alvo móvel gerado pelo TV Jogo, outro kit e projeto da ocasião. Este alvo movia-se aleatoriamente na tela de um televisor analógico e quando acertado, gerava o número de pontos obtidos.

Nota: evidentemente, os componentes usados neste projeto juntamente como o TV jogo não mais são comuns em nossos dias. No entanto, a versão com alvo usando lâmpadas ou LEDs é atual podendo ser facilmente implementada em nossos dias.

Para os que montaram o TV-Jogo, ficou a opção do tiro ao prato e do tiro ao pombo para ser explorada posteriormente em vista de não termos espaço para fornecer pormenores sobre a construção da arma.

Lembramos então aos leitores que acompanharam aquele artigo que, no tiro ao pombo, uma imagem de um ponto percorre a tela de seu televisor, rebatendo em seus cantos, devendo a mesma ser acertada com o tiro da arma, enquanto que no caso do tiro ao prato, a imagem do ponto atravessa num ciclo único toda a tela em direção imprevisível (figura 1).

Figura 1 – Tiro ao pombo e prato | Clique na imagem para ampliar |

Como o ponto projetado na tela é luminoso, é muito fácil projetar uma arma levando em conta as características do circuito integrado usado. Basta no caso colocar na linha de tiro um foto-transistor o qual será excitado somente se o alvo estiver em sua direção (figura 2).

Figura 2 - Funcionamento | Clique na imagem para ampliar |

Um circuito de disparo, acionando o- gatilho faz com que o pulso que aciona o TV jogo avisando do acerto do alvo só seja emitido se houver um alinhamento entre o ponto luminoso e a arma.

Para que a arma não dispare quando o apontamos qualquer outro alvo luminoso existe um circuito de sincronismo especial.

E claro que além de se divertir atirando no alvo móvel produzido pelo TV-Jogo em suas duas versões (tiro ao prato e tiro ao pombo) o leitor também pode montar seu próprio alvo, que no caso consiste em uma série de lâmpadas alimentadas por um circuito integrado sequencial o qual é sincronizado pela própria arma (figura 3).

Figura 3 – Usando lâmpadas | Clique na imagem para ampliar |

O que se tem de fazer no caso é atirar e acertar na primeira lâmpada no início do jogo. Se esta for acertada ela apagará imediatamente e acenderá a seguinte da série.

Do mesmo modo se a segunda lâmpada for acertada ela apagará acedendo a terceira da série. A finalidade da disputa é em número limitado de tiros e também em tempo limitado fazer acender até a última lâmpada quando então tocará um alarme indicando que há um vencedor para o jogo ou ainda que a meta final foi atingida que é o acerto de todos os alvos.

Tanto a montagem da arma como do alvo são bastante simples. É claro que se o leitor possuir um TV jogo já com a opção para a ligação desta arma a tarefa de montar ficará sensivelmente facilitada, enquanto que se o leitor quiser montar seu próprio alvo deve apenas ter a habilidade necessária ao projeto e manuseio de circuitos integrados TTL.

OS CIRCUITOS

O circuito da arma é bastante simples: devemos produzir um único pulso de saída quando o gatilho for pressionado e houver um alinhamento entre o alvo e o elemento sensível, ou seja, o foto-transistor.

Deve-se dotar este circuito de um recurso importante que é o de não ficar produzindo pulsos mesmo quando o gatilho for mantido apertado de modo a evitar que o atirador segure o gatilho apertado e faça uma "varredura" da região do alvo até acertá-lo (figura 4).

Figura 4 – Acertando o alvo | Clique na imagem para ampliar |

O circuito de disparo é feito no caso por meio de duas portas NOR constantes de um circuito integrado 4001 (CMOS) que contém num mesmo invólucro 4 destas portas.

As outras duas portas são aproveitadas para fazer a comparação dos sinais de disparo e do foto-transistor servindo, portanto, como um detector de coincidência.

De modo a proporcionar um nível de sinal suficiente a excitação da entrada das portas o foto transistor é ligado a um circuito amplificador com três transistores. O primeiro transistor atua com um pré-amplificador e os dois seguintes ligados como par Darlington fornecem a amplificação final necessária a excitação da saída.

Na figura 5 temos então o diagrama de blocos completo da arma.

Figura 5 – Diagrama de blocos da arma | Clique na imagem para ampliar |

A alimentação para o circuito da arma pode ser aproveitada do próprio TV jogo se o leitor o possuir e no caso de ser usado o alvo por nós sugerido o leitor tem duas opções: fazer uma adaptação em sua fonte para permitir o seu uso com a arma ou dotar a arma de uma fonte própria que consistirá numa bateria de 9 V.

O circuito do alvo tem uma complexidade um pouco maior. Na figura 6 temos o seu diagrama de blocos, por onde analisaremos brevemente seu funcionamento.

Figura 6 – Diagrama de blocos do alvo | Clique na imagem para ampliar |

A saída da arma é ligada à entrada de um contador de década formado por um circuito integrado do tipo 4790 (TTL).

Este circuito fornece uma contagem em binário a qual é então aplicada a um circuito decodificador que transforma a saída em binário em uma saída de 0 a 9 ou 1 a 10. O circuito integrado que tem esta função é do tipo 7442.

As saídas deste circuito é que devem excitar as lâmpadas que servem de alvo.

Como o circuito integrado não tem uma saída de potência suficiente para fazer a excitação das lâmpadas, são usados transistores como ”drivers" o que nos permite a utilização de lâmpadas de 6 V x 50 mA que oferecem brilho, suficiente para o rifle mesmo a uma distância considerável.

A última saída deste circuito, ou seja, correspondente ao final do jogo é ligada a um sistema de alarme que consiste num oscilador de áudio, tipo sirene.

MONTAGEM

a) Arma

De modo a poder ser instalada com facilidade numa arma plástica (de brinquedo) a montagem deve ser feita em placa de circuito impresso para que os componentes ocupem o menor espaço possível. Para esta finalidade o leitor pode desenhar sua própria placa, da qual damos pormenores, ou então utilizar o kit.

Devemos observar que na montagem da arma existem duas fases a serem consideradas: a primeira referente a montagem da parte eletrônica propriamente dita, em que se faz a instalação dos componentes na placa de circuito impresso e a sua ligação ao alvo ou ao TV jogo com as adaptações para a conexão, e a segunda referente a instalação mecânica em que se deve fazer o foto-transistor coincidir com o foco da lente que é usada no cano da arma, a colocação desta lente em posição apropriada e a adaptação ou fabricação da arma propriamente dita.

Na figura 7 é dado o diagrama do completo da arma.

Figura 7 – Diagrama completo da arma | Clique na imagem para ampliar |

Na figura 8 é mostrada a placa de circuito impresso com a disposição dos componentes e as saídas tanto para o TV jogo como para o alvo.

Figura 8 – Placa para a montagem | Clique na imagem para ampliar |

As ligações ao TV jogo, com a tomada de ligação é mostrada na figura 9.

Figura 9 – Ligações ao TV-Jogo | Clique na imagem para ampliar |

Na montagem desta arma existem alguns cuidados importantes a serem observados:

a) Não retire o circuito integrado da espuma que protege os seus terminais contra descargas estáticas até o momento que o mesmo for utilizado. Ao retirar o circuito integrado da espuma para colocá-lo em posição de soldagem, evite encostar com os dedos em qualquer um dos terminais. Na soldagem evite o excesso de calor, sendo breve para realizar esta operação. Observe a posição de ligação do circuito integrado orientando-se pela marca que identifica o pino 1.

b) Os transistores tem polaridade certa para ligação e neste projeto são usados transistores de dois tipos diferentes, ou seja, NPN e PNP. Não faça confusão entre os dois tipos e observe com cuidado a posição em que esses componentes devem ser ligados. Na soldagem evite o excesso de calor que pode danifica-los.

c) Os capacitores eletrolíticos podem ser para tensões de 16V ou mais, sendo preferidos os tipos de terminais paralelos que se encaixam com mais facilidade na placa de circuito impresso. Estes componentes são polarizados, ou seja, possuem posição certa para serem ligados. Evite também o excesso de calor que pode causar dano a estes componentes.

d) Os demais capacitores podem ser do tipo disco de cerâmica ou então de poliéster. (Em todos os casos deve ser observado o valor correto para os mesmos). Na ligação desses capacitores não é preciso observar sua polaridade devendo-se apenas tomar cuidado para que o excesso de calor não os danifique ou então na hora de encaixá-los na placa já que uma tensão mais forte pode causar a quebra de seus terminais.

e) O diodo é um componente polarizado. Pode praticamente ser usado nesta função qualquer tipo para uso geral, sendo observada a sua posição de ligação. Evite o excesso de calor porque se trata de componente bastante delicado.

f) Todos os resistores usados na montagem são de 1/8 ou ¼ W não sendo críticos quanto aos valores 'o que significa que sua tolerância em relação ao valor é de até 20%. A cor dos anéis identifica seus valores e na sua ligação não é preciso observar a polaridade.

g) 0 foto transistor é o elemento mais importante deste circuito. Além de ser observada com cuidado a sua polaridade o que significa que os fios de ligação não podem ser invertidos, deve-se cuidar para que ele seja fixado em posição que receba totalmente o feixe de luz do alvo, tanto no TV-Jogo como no alvo de lâmpadas.

h) A ligação da arma ao TV jogo é bastante simples, devendo ser observadas com cuidado as conexões com fornecem a alimentação e o pulso de disparo de modo a não haver perigo de não funcionamento por enganos de fios.

i) A colocação da placa de circuito impresso na arma propriamente dita que corresponde a parte mecânica da montagem também não oferece maiores dificuldades. Deve-se apenas fixar a placa e o foto-transistor com cuidado de modo que a luz incidente do alvo incida no ponto sensível do transistor. Em alguns casos pode ser necessário um ajuste suplementar da posição do transistor em relação a lente movendo-o de modo a chegar ao ponto ideal de incidência da luz. Isso entretanto poderá ser feito com facilidade tomando-se como referência próprio alvo.

Completada a montagem da arma e feita a sua conexão no TV Jogo o leitor pode verificar seu funcionamento com facilidade.

Basta ligar o TV Jogo e ao mesmo tempo a arma também, estará sendo alimentada. Coloca-se então o TV-Jogo na posição correspondente ao tiro ao prato ou tiro ao pombo, e procura-se apontar para o alvo atirando-se quando houver alinhamento. O gatilho que é o interruptor de pressão deve ser fixado de maneira a facilitar ao máximo esta operação.

Inicialmente o leitor deve procurar acertar o alvo de curta distância para verificar com isso se o transistor sensor está corretamente colocado no foco da lente. Se for notada falta de sensibilidade ou um disparo incorreto, deve-se reajustar a posição do transistor procurando-se o foco da lente.

Uma vez ajustado para o funcionamento não haverá necessidade de qualquer outra operação semelhante para jogar. Os outros jogos funcionarão normalmente, não sendo também preciso mexer em nenhum outro ajuste interno do TV-jogo.

b) Montagem do Alvo

Se o leitor quiser montar sua arma para pratica eletrônica de tiro ao alvo mas não dispuser do TV Jogo poderá utilizar o alvo eletrônico que descrevemos.

Sua montagem deve ser feita em placa de circuito impresso em vista da utilização da vários circuitos integrados e transistores o que significa que a montagem em ponte de terminais se bem que não seja impossível de ser feita é bastante problemática.

Este alvo consta de um conjunto de lâmpadas pequenas que são montadas num painel conforme sugere a figura 10.

Figura 10 – Montagem de um alvo | Clique na imagem para ampliar |

Com a arma deve-se procurar acertar a primeira lâmpada que acende inicialmente.

Se isso acontecer, esta lâmpada apagará e acenderá a seguinte. Deve-se atirar até que as lâmpadas todas sejam acertadas em sucessão quando então ao ser atingida a última soará um alarme. O alvo deve então ser rearmado iniciando-se um novo ciclo de tiros.

O circuito completo do alvo é mostrado na figura 11.

Figura 11 – Circuito do alvo | Clique na imagem para ampliar |

A placa de circuito impresso é a mostrada na figura 12 onde também aparecem as conexões que devem ser feitas às arma.

Figura 12 – Conexões | Clique na imagem para ampliar |

Observe que para este caso devemos ter duas fontes de alimentação separadas: uma para o alvo que opera com 6 V e outra para a arma que opera com 9 V.

Na montagem do circuito do alvo devem ser tomadas as seguintes precauções:

a) O máximo de cuidado deve ser tomado na instalação dos circuitos integrados assim como na sua escolha. O circuito integrado deve ser o 74L90 pois este pode ser disparado diretamente pela saída CMOS da arma o que não acontece com o 7490. Observe bem a polaridade dos integrados fazendo a identificação cuidadosa de seus terminais. Não é preciso usar suporte para os mesmos, mas se houver problemas posteriores sua retirada ficará tremendamente dificultada.

b) Os transistores recomendados para esta montagem são do tipo BC557 ou BC307 mas praticamente qualquer equivalente PNP de baixa potência para uso geral pode ser usado. Na ligação destes componentes deve-se observar com cuidado sua posição no circuito e a soldagem deve ser rápida para que o calor não os danifique.

c) As lâmpadas recomendadas são de 6 V x 50 mA (*) sendo o tipo preferencial o 7121D da Philips. Se o leitor pretender usar outro tipo de lâmpada que não seja o indicado eventualmente terá de trocar o transistor, se a corrente exigida for maior que 100 mA. Não é recomendado o uso de lâmpadas para mais de 100 mA pois o circuito integrado mais o transistor não terão condições de excitá-la corretamente.

(*) Numa versão moderna use LEDs brancos em série com resistores de 150 ou 220 ohms.

d) Os capacitores eletrolíticos usados nesta montagem, para a sirene podem ser de 12 V ou mais, sendo preferidos os tipos de terminais paralelos em vista da facilidade que oferecem para a montagem em placa de circuito impresso. Observe cuidadosamente sua polaridade e evite o excesso de calor na soldagem que pode lhes causar dano.

e) Os resistores são todos de 1/4 ou 1/8W com tolerância de 10% ou mesmo 20%. Estes componentes não tem polaridade certa para serem ligados sendo seus valores dados pelos anéis coloridos.

f) O alto-falante usado na sirene pode ser de qualquer tipo. Se o leitor quiser maior volume que o fornecido no circuito original pode facilmente fazer seu acoplamento a um amplificador.

g) O transformador utilizado na sirene é do tipo comumente encontrado em rádios transistorizados com tomada central. Em função de suas características pode ser necessária uma alteração no valor do capacitor de poliéster metalizado em paralelo com o mesmo para se obter a tonalidade desejada para o som.

h) O trimpot utilizado neste circuito de sirene serve para ajustar o sinal intermitente da mesma. Uma tolerância relativamente grande é dada para este componente.

i) O transistor de potência utilizada na fonte de 5 V para os circuitos integrados TTL pode ser do tipo BD135 ou BD137, devendo o mesmo ser dotado de um pequeno dissipador de calor.

i) O diodo zener usado nesta fonte de alimentação pode ser de qualquer tipo para 400 mW de tensão igual a especificada na lista de material. Na sua soldagem deve ser observada sua polaridade e evitado o' excesso de calor que pode lhe causar dano.

k) O transformador para a fonte deve ter um enrolamento primário de acordo com a rede de alimentação local e um enrolamento secundário de 6 + 6V x 500 mA.

l) O interruptor de pressão usado neste circuito, do tipo “botão de campainha" serve para reiniciar o jogo quando a última lâmpada é acertada. Se o leitor quiser poderá deixar de utiliza-lo, caso em que para haver reinício automático do jogo deve ser acrescentada mais uma lâmpada ao alvo a qual será ligada no coletor do transistor que excita a sirene. Acertando esta lâmpada haverá o automático retorno a zero do Circuito integrado acendendo, portanto, a primeira lâmpada da série.

m) As interligações entre os componentes externos a placa pode ser feita com cabinhos (fio flexível), devendo sempre ser tomado cuidado para que não hajam ligações soltas, maus contactos ou curto-circuitos que possam afetar o funcionamento do conjunto.

PROVA E USO

Completada a montagem confira todas as ligações e se tudo estiver em ordem faça a conexão do alvo à rede de alimentação. Se a lâmpada que acender inicialmente não for a primeira aperte o botão de reinício para que esta seja a lâmpada acesa.

Em seguida, faça a conexão da arma começando por atirar na primeira lâmpada.

Esta ao ser acertada deve apagar, acendendo a seguinte. Ao ser acertada a seguinte ela apagada, acendendo a próxima, assim até a última. Esta ao ser acertada deve ser acionada também a sirene indicando que há um vencedor para o jogo.

Durante as disputas os jogadores devem combinar um tempo mínimo para se conseguir acertar todas as lâmpadas fazendo soar o alarme. Quem conseguir isso será o vencedor.

Se na sequência de provas for observado que uma ou outra lâmpada falha, verifique o transistor que a excita fazendo sua troca. Se isto não resolver o problema pode residir em defeito do circuito integrado que deve portanto ser trocado. É claro que também existe a possibilidade do lâmpada estar queimada.

Se mais de uma lâmpada permanecer acesa, isso pode ser tanto devido a problemas com o circuito integrado como também aos transistores de excitação que devem ser verificados.

Uma vez comprovado o funcionamento o leitor pode divertir-se à vontade atirando em seu alvo.