Tempo 36 – Temporizador para Até 36 Horas (ART2295)

Os temporizadores que normalmente encontramos no comércio especializado ou que são descritos em revistas de eletrônica se caracterizam por não fornecerem controles para tempos maiores que uma ou duas horas. São todos temporizadores de curtos intervalos, sendo raros os que vão além de 4 horas e dificilmente encontrados os que tenham ciclos de 24 horas ou mais. Levando em conta que existem aplicações em que ciclos de até 1 dia são necessários, projetamos este circuito que pode fazer o acionamento único ou cíclico de cargas em intervalos que vão desde alguns minutos até perto de 36 horas. As aplicações para tal aparelho serão exploradas no decorrer do próprio artigo.

Um temporizador com capacidade para controlar cargas em intervalos que vão de algumas dezenas de minutos até perto de 36 horas encontra muitas utilidades práticas.

Podemos citar como exemplo a ligação de lâmpadas de varandas ou vitrines, o acionamento de automatismos para piscinas, a alimentação automática de animais em viveiros, a irrigação de jardins ou canteiros de plantas etc.

O circuito que propomos tem uma estrutura bastante simples, visando ser barato e de fácil montagem; por isso, não havendo um controle preciso da base de tempo, a precisão final vai depender muito do ajuste feito pelo usuário.

De fato, a precisão não pode ser considerada como ponto forte deste projeto, pois a base de tempo será ajustada manualmente. Assim, uma variação de apenas 1% no ajuste, que em aplicações normais é perfeitamente tolerável, num ciclo de 36 horas de temporização significará uma variação de aproximadamente 21 minutos.

Numa aplicação crítica, como um controle de processo, esta variação talvez não seja admitida, mas numa aplicação doméstica como, por exemplo, a alimentação de animais ou a irrigação de vasos ou canteiros, ela não terá muita importância.

Mesmo considerando esta limitação, as possibilidades de uso ainda são muitas, principalmente levando-se em conta alguns recursos técnicos oferecidos pelo circuito.

Dentre estes recursos destacamos os seguintes:

a) Acionamento da base de tempo pela rede e ao mesmo tempo por pilhas, o que significa que na falta de energia o ciclo de contagem não será afetado: o circuito continuará marcando normalmente o tempo para um acionamento normal no final do processo, quando a energia estiver restabelecida.

b) Três tipos de acionamento para as cargas ou aparelhos controlados.

O primeiro tipo de acionamento consiste em se desligar alguma coisa no final do intervalo programado.

Nesta modalidade, ao desligar o aparelho controlado o temporizador também “se desliga", cortando sua própria alimentação. Uma aplicação interessante para esta modalidade de operação, com intervalos mais curtos, é como TV-timer, desligando um televisor caso você durma, esquecendo-o ligado.

O segundo tipo de acionamento consiste na ativação de uma carga no final do intervalo previsto. O temporizador liga essa carga depois do tempo programado, mantendo-a ligada permanentemente. Para que ela seja desligada será preciso que você o faça.

Finalmente, temos a aplicação com dupla temporização.

Nesta aplicação podemos ligar alguma coisa, no final do tempo programado, por um tempo determinado. Explicamos melhor: podemos programar o aparelho para ligar um motor, por exemplo, no final de 24 horas e, numa segunda programação, para que ele fique ligado por 30 minutos.

A segunda temporização pode ser ajustada entre alguns minutos e perto de 1 hora.

Características

- Tensão de alimentação: 110/220 Vca (mais 4 pilhas)

- Corrente máxima de carga: 2 A

- Faixa de tempos da primeira temporização: 20 minutos a 36 horas

- Faixa de tempos da segunda temporização: 1 minuto a 1 hora

- Escalas: 2

- Modalidades de operação: 3

- Número de circuitos integrados: 5

O CIRCUITO

Um dos problemas dos temporizadores que se baseiam exclusivamente nos integrados 555 é o máximo intervalo obtido, que depende das fugas dos capacitores empregados.

Normalmente, os intervalos máximos conseguidos estão em torno de 1 hora.

No entanto, levando-se em conta que podemos utilizar um 555 como base de tempo e multiplicar os intervalos com a ajuda de circuitos próprios, o projeto de intervaladores para maiores tempos se torna possível.

É o que fazemos no nosso projeto, que tem uma disposição em blocos conforme mostra a figura 1.

Figura 1 – Diagrama de blocos do aparelho

Assim, temos em primeiro lugar um astável 555 que gera pulsos intervalados na razão de 18 a 120 pulsos por minuto, o que corresponde a frequências de 0,3 a 2,0 Hz.

Numa primeira fase, estes pulsos são divididos por 10 num integrado 4017, que consiste num contador de 10 estágios bastante conhecido.

Isso significa que na saída do 4017 (pino 11) obtemos 1 pulso a cada 10 pulsos gerados pelo 555, o que corresponde a frequências de 0,03 a 0,2 Hz, ou 1,8 a 12 pulsos por minuto.

Os pulsos retangulares deste integrado são enviados à etapa seguinte que consiste num integrado 4040.

Este integrado possui um contador binário de 12 estágios capaz de fazer a divisão de frequências por números inteiros de 2 até 4096.

Isso significa que, levando-se em conta a divisão por 10 da etapa anterior com o 4017, podemos ter a divisão dos pulsos produzidos pelo 555 por valores até 40 960, ou seja, uma ampliação da capacidade de temporização deste componente de até 40 960 vezes!

Desse modo, operando o 555 numa faixa de frequências em que não existem problemas de fugas dos capacitores, pois não precisamos sequer empregar eletrolíticos, chegamos facilmente a intervalos tão longos como as 36 horas propostas.

O cálculo da temporização para elaboração da escala com as divisões sucessivas do 4017 e do 4040 é relativamente simples.

Para saber como fazer o ajuste para o ponto de 12 horas, por exemplo, basta proceder da seguinte forma:

a) Multiplicamos o tempo em horas por 60, para obter os minutos. No nosso caso: 12 x 60 = 720 minutos

b) Dividimos o fator de multiplicação do circuito pelo tempo em minutos, para encontrar a frequência do 555 em pulsos por minuto. No caso: 40 960/720 = 56,88 p.p.m

c) Para obter este ponto da escala, bastará encontrar a posição do potenciômetro em que tenhamos 56,88 pulsos por minuto. Um LED ligado na saída do 555 permite que este.ajuste seja feito experimentalmente com a ajuda de um relógio ou cronômetro comum.

Para outros valores de tempos das escalas, aplicamos proporções diretas.

Assim, para 36 horas temos 19 pulsos por minuto, e para 24 horas 28,4 pulsos por minuto.

Para os tempos menores, uma segunda escala é utilizada, comutando-se o 4040 para uma saída em que temos a divisão por 1024. Nestas condições, o fator de ampliação ficará sendo de 10 240, ou seja, os tempos da primeira escala ficarão divididos por 4.

Isso significa que no ponto em que obtivemos o ajuste para um ciclo de 12 horas ou 56,88 pulsos por minuto, temos nesta escala 6 horas de temporização.

Para um tempo mínimo na primeira escala da ordem de 6 horas, por exemplo, temos um tempo mínimo de 1 hora e meia (90 minutos) na segunda escala.

Os pulsos de saída do 4040 nas duas escalas são levados a dois circuitos separados, selecionados pela chave "modo "(S3).

Na posição em que o sinal é levado a Q2 e Q3 temos o acionamento simples do relé, em duas modalidades selecionadas pela chave S5.

A primeira modalidade é aquela em que desligamos alguma coisa no final do tempo programado, e a segunda é aquela em que ligamos alguma coisa no final da temporização.

Na posição em que o sinal é aplicado à base de Q1 temos o disparo de um 555 (CI-4) na configuração monoestável com o tempo de ação ajustado por P2.

Nestas condições o pulso de comando no final do tempo programado faz com que o relé atue sobre a carga durante um tempo que depende do ajuste de P2 e do valor de C5.

Podemos ajustar o potenciômetro para fornecer intervalos de 1 minuto até perto de 1 hora.

O capacitor C5 poderá ser alterado caso você deseje outros intervalos, mas deve ser sempre de boa qualidade para que fugas não afetem o funcionamento do circuito.

A fonte de alimentação leva por base um regulador de tensão 7806 e um conjunto de pilhas.

Com a tensão da fonte disponível as pilhas não fornecem corrente à carga, mas em caso de falta de energia as pilhas entram em ação, fornecendo energia apenas para o 555 que serve de base de tempo e para os divisores, que apresentam um consumo de corrente bastante baixo.

Assim, em caso de corte de energia, a temporização continua normalmente com o acionamento do relé no final do tempo programado, sem problemas.

No corte de energia a alimentação da etapa de acionamento do relé também é cortada, mesmo porque não haverá energia para acionar a carga!

O diagrama completo do temporizador de longo período é mostrado na figura 2.

Figura 2 - Diagrama do temporizador

MONTAGEM

A placa de circuito impresso em tamanho natural é dada na figura 3.

Figura 3 – Placa para a montagem

No projeto original utilizamos relés microrrelés com capacidade de corrente de até 2 ampères por contato, mas em caso de necessidade o desenho pode ser facilmente alterado para receber outros tipos de relés.

Para os integrados sugerimos a adoção de soquetes DIL, e o Cl-5 deve ser dotado de um pequeno radiador de calor.

Na verdade, uma alteração possível para o projeto seria a troca do relé de 6 V por um de12 V,e a alimentação por bateria da mesma tensão, caso em que unidades de automóveis ou motos poderiam ser usadas, inclusive para o acionamento da carga.

Neste caso o circuito seria alimentado por uma única bateria (de 12 V) e não mais pela rede local.

O transformador de alimentação tem enrolamento primário de 110 e 220 V, e secundário de 9 + 9 V com pelo menos 500 mA de corrente.

O capacitor eletrolítico C8, de 1 000 µF, tem uma tensão de trabalho de pelo menos 16 V, enquanto que C2, C3, C4 e C5 podem ter tensões a partir de 6 V.

Na base de tempo, onde se exige um capacitor de boa qualidade, optamos por um de poliéster de 1 µF.

Com este valor a escala sugerida para o aparelho é praticamente direta. No entanto, valores na faixa dos 470 nF aos 1 µF podem ser utilizados, com uma calibração correspondente que leva a uma nova escala.

Os resistores são todos de 1/8 ou ¼ W, e os diodos podem ser tanto os 1N4002 como equivalentes de maior tensão.

Para D5 qualquer diodo de uso geral serve, inclusive os 1N4002.

O LED é do tipo comum, não sendo componente crítico. Além de monitorar o funcionamento do aparelho, ele também serve para sua calibração.

Os dois potenciômetros devem ser lineares de boa qualidade, pois deles dependerá a precisão da escala principal e da escala da segunda temporização.

Para os transistores podemos usar os BC548 ou quaisquer equivalentes de uso geral NPN, como os BC237, BC238, BC547 etc.

Para o fusível de 5 A deve ser utilizado um suporte apropriado, assim como para as pilhas.

Na tabela 1 damos a escala de tempos para os valores de componentes usados.

 

Lembramos que os pontos marcados na escala não levam em conta a tolerância normal dos componentes.

Assim, tomando como base esta escala, será interessante que você marque na sua os pontos correspondentes, tendo por orientação o procedimento que daremos mais adiante, na parte referente à prova e uso.

Como o aparelho tem dois setores, um que trabalha com baixa tensão e outro que trabalha com a alta tensão da rede, e importante tomar muito cuidado na montagem para que não ocorram curtos entre os dois, o que facilmente danificaria os componentes mais delicados.

Embora o circuito tenha boa imunidade a ruídos, não é conveniente que os fios de ligação aos potenciômetros sejam muito longos.

As funções de todos os controles ficarão claras nas explicações que daremos a seguir.

PROVA E USO

Será interessante ligar uma lâmpada comum em X1 para verificar o funcionamento do aparelho até o acionamento final do relé.

Inicialmente, ajuste S4 para a tensão de sua rede (110 V ou 220 V).

Depois, ligue a unidade, quando então o LED deve começar a piscar em velocidade que depende do ajuste de P1.

A chave de reset S1 permite que se reinicie a contagem do tempo em qualquer momento.

A chave S5 deve estar na função liga, quando a carga será ativada no final do período. S3 pode ser colocada inicialmente na posição em que temos o acionamento sem temporização, ou seja, que coloca Q2 e Q3 no circuito.

A chave S2 pode ser colocada inicialmente na escala1.

Ajustando P1 para maior velocidade das piscadas, em algum tempo deve ocorrer o acionamento do relé. Este tempo será da ordem de 1 hora ou pouco mais.

Com um multímetro, ou mesmo um LED e um resistor de 1 k, podemos verificar a passagem dos pulsos pelo 4017 e 4040.

Verificado o acionamento do relé na função direta, passamos a chave S3 para o modo temporizado e ressetamos o aparelho para que a contagem do tempo recomece.

Uma vez verificado o funcionamento podemos pensar na obtenção da escala.

Como a divisão de frequência se faz por um valor fixo, podemos fazer a calibração da escala simplesmente em função das piscadas do LED, o que é muito simples.

Assim, para a chave na posição de divisão por 40 960 (escala 1) temos os valores de temporização mostrados na tabela 2.

 

Para a escala 2, divisão por 10 240, basta dividir por 4 os valores de tempo da tabela 2.

Um retoque dos ajustes pode ser feito se, no final dos longos intervalos, for constatada uma variação muito grande no tempo obtido.

Para usar o sistema é preciso levar em consideração a corrente máxima de controle do relé.

Assim, na rede de 110 V, aparelhos de mais de 200 W não devem ser acionados, e na rede de 220 V o limite está em torno de 400 W.

Para potências maiores podemos usar um segundo relé, de maior capa cidade de corrente, conforme mostra a figura 4.

Figura 4 – Conexão da carga

A escala da segunda temporização é mostrada na tabela 3.

 

O cálculo dos extremos, em função do capacitor C5 e da associação P2 + R7, pode ser feito pela fórmula:

T= 1,1 x C5 x (P2+R7)