Corrida Eletrônica do Ovo (ART2053)

Evidentemente os leitores podem pensar coisas esquisitas sobre este título como, por exemplo, inverter a ordem das palavras a obter algo como "corrida do ovo eletrônico". Esclarecendo os leitores informamos que trata-se da tradicional corrida do ôvo na colher numa versão eletrônica que além de economizar ovos a não sujar o chão (podendo ser disputada em apartamentos acarpetados...) é muito mais emocionante pela indicação áudio-visual que fornece.

Para os que não estejam familiarizados com a "corrida do ovo" na sua versão tradicional podemos explicar facilmente suas regras: trata-se de uma competição em que os participantes devem no trajeto previsto correr o máximo, para chegar primeiro, mas carregando cada um em uma colher um ovo.

Evidentemente, será desclassificado aquele que no trajeto derrubar o ovo (figura 1).

Figura 1 – A corrida: não se pode deixar o ovo cair

A nossa versão eletrônica não usa nem ovo nem colher, mas fornece os mesmos resultados práticos: uma prova de habilidade em que o participante deve carregar o aparelho sem deixar uma esfera existente na sua parte superior encostar nas suas bordas. Se isso acontecer, acenderá uma lâmpada na caixa e o participante será desclassificado.

Para tornar a brincadeira mais emocionante pode-se fazer um trajeto com obstáculos para o participante percorrer, ficando muito mais difícil para quem quer que seja chegar ao fim sem disparar o alarme.

O aparelho é bastante simples de ser montado tanto no que se refere à sua parte eletrônica como mecânica o que nos leva a acreditar que até os menos habilidosos não terão dificuldades com a sua execução.

E é claro, que além de se distrair com a montagem, o leitor poderá ainda desfrutar muito mais com as brincadeiras que fará com seus amigos.

O CIRCUITO

O circuito eletrônico deste brinquedo pode ser analisado com a sua divisão em duas partes: um circuito de disparo e um circuito de alarme (figura 2).

Figura 2 – Diagrama de blocos do aparelho

O circuito de disparo tem como base um SCR (diodo controlado de silício) que funciona da seguinte maneira: em condições iniciais, sendo alimentado de modo que haja uma tensão positiva de seu anodo em relação ao catodo, o SCR se comporta como um circuito aberto, ou seja, como se fosse uma chave desligada.

Para que o SCR mude de estado conduzindo a corrente é preciso que um sinal de pequena intensidade, porém de polaridade positiva seja aplicado no seu eletrodo denominado "comporta" ou "gate".

Quando isso acontece, mesmo que o sinal ou estímulo seja um pulso de muito curta duração como o simples toque de um interruptor de pressão, o SCR muda de estado e passa a conduzir intensamente a corrente, assim permanecendo por tempo indefinido enquanto houver energia disponível na fonte de alimentação. (figura 3).

Figura 3 – O disparo do SCR

Para desligar o SCR temos duas alternativas: ou desligamos momentaneamente a fonte de alimentação do circuito, ou então curto-circuitamos momentaneamente o anodo e o catodo do SCR por meio de um interruptor de pressão. No nosso circuito prático esta segunda possibilidade é usada para rearmar o aparelho.

O SCR é então disparado pelo toque da esfera na lateral da caixa já que no centro da caixa onde a esfera corre existe uma folha metálica ligada ao polo positivo das pilhas que servem de alimentação, e a lateral é ligada à comporta do mesmo. A esfera metálica ao tocar na lateral, estando apoiada na placa metálica fecha o circuito disparando então o SCR e com isso o alarme a ele ligado.

O circuito de alarme é bastante simples fornecendo uma boa potência de áudio com o que será impossível que alguém deixe de ouvi-lo. Na figura 4, temos o circuito básico deste alarme cujo funcionamento é o seguinte:

Figura 4 – Alarme sonoro

Temos dois transistores complementares, sendo um de pequena potência e um de média potência, acoplados diretamente.

No coletor do segundo transistor é ligado o transdutor, um alto-falante que serve como carga para o circuito. O sinal de realimentação que mantém as oscilações do circuito é levado à base do primeiro transistor por meio de C2, um capacitor cujo valor aproximado é de 33 nF.

Este capacitor em conjunto com o trimpot R2 determinam a frequência do oscilador, ou seja, se o som emitido será mais grave ou mais agudo.

Como o circuito é muito simples e usa poucos componentes não há dificuldade alguma para colocá-lo em funcionamento.

Para termos também uma indicação visual do disparo do SCR e portanto do erro do concorrente, usamos além do oscilador uma lâmpada que acenderá quando o SCR disparar.

A alimentação do circuito será feita por 4 pilhas pequenas fornecendo portanto uma tensão de 6 V. Como o consumo do aparelho é tremendamente baixo quando o mesmo não se encontra disparado, ou seja, quando o jogador está usando o aparelho, a durabilidade da pilha é enorme.

O consumo só aumentará se o leitor deixar o alarme soando por muito tempo, o que pode ser evitado se quando o concorrente errar logo o circuito for rearmado.

MONTAGEM

Tão importante quanto o circuito eletrônico neste brinquedo é a caixa em que o mesmo deve ser instalado. Assim, dividiremos a nossa montagem numa parte que trata do circuito eletrônico e numa parte que trata da parte mecânica.

PARTE ELETRÔNICA

Como o circuito eletrônico é muito simples e pouco critico sua montagem em ponte de terminais oferece os mesmos resultados que a montagem em placa de circuito impresso.

A diferença na escolha de uma ou de outra versão está na disponibilidade de recursos que o leitor interessado no projeto tiver. Os que tiverem material para realizar a montagem em placa de circuito impresso poderão obter uma versão esteticamente melhor já que os componentes estarão todos concentrados num espaço menor. Os que não tiverem recursos para a montagem em placa podem ficar com a versão em ponte cujo desempenho é exatamente o mesmo.

As ferramentas que o leitor precisará para a montagem são: ferro de soldar de pequena potência (máxima 30 W), solda, alicate de corte lateral, alicate de ponta e chaves de fenda.

Na figura 5 temos então o circuito completo do aparelho, sendo observado que neste circuito são representados o anel e o disco do sensor que serão descritos posteriormente quando tratarmos da parte mecânica do brinquedo.

Figura 5 - Diagrama completo do aparelho

A placa de circuito impresso para esta montagem é mostrada na figura 6.

Figura 6 – Montagem em placa de circuito impresso

A versão em ponte de terminais é mostrada na figura 7. Veja o leitor que esta ponte de terminais será fixada posteriormente na caixa usada para a montagem, o mesmo ocorrendo em relação à placa de circuito impresso.

Figura 7 – Versão em ponte de terminais

Os componentes usados no jogo são comuns e de baixo custo, mas alguns cuidados devem ser tomados com a sua escolha e com o seu manuseio não só para se evitar a compra de equivalentes que não servem como também para que os mesmos não sejam danificados no momento de serem usados.

São os seguintes os principais cuidados que devem ser levados em conta na utilização e escolha dos componentes:

a) O SCR é do tipo MCR106 ou seus equivalentes para 50 V como o C106, lR106, TlC106 (o TIC106 é mais comum em nossos dias). Se o leitor tiver dificuldades de obter qualquer SCR do tipo 106 para 50 V pode também usar os equivalentes para 200 ou mesmo 400 V já que neste circuito não é a tensão que importa, se bem que estes tipos sejam um pouco mais caros. Na montagem do SCR deve ser observada a sua posição, pois se houver inversão de ligação o aparelho não funcionará.

b) Q1 pode ser o BC238 ou o BC548. Transistores equivalentes a estes podem, no entanto, ser usados, sendo citados os seguintes que possuem mesmo invólucro e mesma disposição de terminais: BC237, BC239, BC547 e BC549. Na soldagem deste transistor observe sua posição e evite o excesso de calor que pode danificá-lo.

c) Q2 é um transistor de média potência BD136, mas são diversos os equivalentes que podem ser usados. Citamos os seguintes como substitutos diretos por terem mesma disposição de terminais: BD138, BD140. Com disposição diferente de terminais, mas que também funcionam neste circuito sugerimos o TlP32, AC188 e AC128, estes últimos podendo ser aproveitados de equipamentos de sucata já que são modelos antigos.

d) L1 é uma lâmpada incandescente de 6 V x 50 mA sendo o tipo recomendado o 7121 D da Philips. Outras lâmpadas, no entanto, podem ser usadas desde que exijam correntes menores que 100 mA, pois pelo contrário o consumo de energia fará com que o desgaste das pilhas seja mais rápido. Observamos que o sistema de alarme visual é optativo o que quer dizer que se o leitor quiser poderá simplesmente eliminar esta lâmpada.

e) C1 é um capacitor eletrolítico cujo valor não é crítico. Nesta montagem capacitores de 47 à 220 uF funcionarão perfeitamente na função indicada. Como os tipos mais comuns tem uma tensão de isolamento de 16 V e é esta justamente a tensão citada para o valor recomendado na lista de material.

f) O capacitor C2 pode ser poliéster metalizado caso em que seu valor pode ser de 22 nF, 27 nF, 33 nF ou mesmo 47 nF. Com os capacitores de menor valor o som tenderá a ser mais agudo, enquanto que com os maiores tenderá a ser mais grave. Recomendamos o valor médio de 33 nF. Podem também ser usados capacitores cerâmicos de 0,02 ou 0,03 uF ou mesmo 0,05 uF. Na soldagem deste componente não é preciso observar sua polaridade mas, evite o excesso de calor que pode facilmente danificá-lo.

g) R1 e R3 são resistores comuns de 1/8, 1/4 ou mesmo ½ W. O valor destes componentes é dado pelos seus anéis coloridos. Não há polaridade a ser observada na sua soldagem.

h) R2 pode ser um potenciômetro comum que servirá para o ajuste da tonalidade do som emitido, caso em que o mesmo será acessível pela parte externa do aparelho, ou se o leitor preferir pode usar um trimpot que uma vez ajustado para produzir determinado som não precisará ser mais tocado.

i) Como transdutor final qualquer alto-falante pode ser usado bastando que tenha uma impedância de 8 ohms. Evidentemente o tamanho deste componente estará limitado pelo tamanho da caixa que será usada para alojar o aparelho.

j) S é o interruptor de pressão que serve para rearmar o alarme. Use um interruptor tipo botão de campainha instalando numa das laterais da caixa.

k) S1 é a chave que liga e desliga o aparelho podendo também ser instalada na parte lateral da caixa.

l) A alimentação do aparelho vem de 4 pilhas pequenas as quais são instaladas em suporte apropriado. Na fixação do suporte use braçadeiras e na ligação dos seus terminais observa a sua polaridade. Mesmo sem a parte mecânica pronta o leitor tendo a parte eletrônica completa pode testar seu funcionamento da seguinte maneira:

Coloque as pilhas no suporte, inicialmente com o interruptor S desligado, mantendo também os fios que vão ao sensor separados.

Ligue o aparelho, acionando S 1, e encoste um fio no outro do sensor.

A lâmpada L1, se usada deve acender imediatamente, e eventualmente o oscilador deve emitir seu som característico. Se o som não for emitido, ajuste o trimpot ou o potenciômetro usado em R2 até que haja emissão de som.

Obtida a emissão de som, aperte o interruptor de pressão S para rearmar o aparelho, e volte em seguida a encostar levemente um fio do sensor no outro. Deve ocorrer o disparo do circuito, agora com a emissão também de som pelo oscilador.

As possíveis causas para um funcionamento anormal são:

A lâmpada acende ao se tocar um fio no outro mas não há som

Neste caso o problema certamente se encontra no circuito oscilador Verifique em primeiro lugar se o transistor Q2 está ligado corretamente depois passe aos demais componentes do circuito.

Não há disparo da lâmpada. Neste caso você deve verificar o estado do SCR e as suas ligações.

Com o circuito eletrônico em funcionamento, passe a parte mecânica da montagem;

PARTE MECÂNICA

Na figura 8 temos a nossa sugestão para a caixa de madeira onde será instalado o jogo.

Figura 8 – Aspecto da montagem final

Na parte lateral da caixa ficam os controles, ou seja, o interruptor de pressão S, o interruptor geral S1, e se o leitor usou potenciômetro no oscilador, o eixo deste componente com o knob (botão plástico).

Na parte inferior da caixa existem aberturas para a saída do som do alto-falante que será montado em seu interior.

A ponte de terminais ou placa de circuito impresso com os componentes é fixada por meio de um ou dois parafusos no interior da caixa. Para o caso da placa de circuito impresso podem ser usados separadores, conforme sugere a figura 9.

Figura 9 – Fixação da caixa através de separadores

O suporte de pilhas é lixado no interior da caixa por meio de braçadeira, ou então se o modelo admitir, por meio de parafusos.

Na tampa da caixa será instalado o sensor.

A parte central do sensor, onde será ligado o fio que vem do pólo positivo do suporte de pilhas consiste num disco de aproximadamente 10 cm de diâmetro (ou de acordo com o tamanho da caixa) de qualquer metal. Se houver possibilidade o leitor pode usar um disco de folha de cobre colado na tampa.

Outra possibilidade consiste no recorte com uma tesoura de metal de um disco de lata. Temos ainda uma solução mais cara, mas melhor que é a gravação numa placa de circuito impresso de 12 x 12 cm do disco conforme mostra a figura 10.

Figura 10 – Montagem do sensor

Para esta finalidade cubra a superfície do disco com esmalte e banhe por meia hora a placa de circuito impresso virgem até haver a corrosão da parte não pintada. Depois disso, lave a placa do percloreto usado no banho, e limpe o esmalte com acetona. Deverá permanecer a área cobreada redonda desejada. A placa pode então ser fixada na tampa da caixa.

O anel consiste numa tira de metal (cobre, lata ou alumínio) que cerca o disco mantendo, porém uma separação do mesmo de uns 3 ou 4 mm. Neste anel será ligado o tio que vem do resistor R1.

O anel deverá ser fixado na caixa com cola ou então na sua montagem faça algumas abas para a colocação de parafusos.

O ponto mais importante dessa fase é que tanto o anel como o disco devem ter suas superfícies livres de qualquer sujeira, pois pelo contrário haverá falhas de contacto. Limpe-os com uma esponja de aço antes de instalar.

A esfera que será colocada no disco pode ser de qualquer tipo de metal como, por exemplo, uma esfera de rolamento de 1 cm de diâmetro ou pouco mais.

A esfera deve ser completamente limpa para evitar que a camada de óxido formada em sua superfície prejudique o contacto.

COMO BRINCAR

A ideia do jogo conforme dissemos na introdução é a mesma do tradicional jogo da corrida do ovo na colher.

No caso o ovo é representado pela esfera metálica e a colher consiste na área delimitada pelo anel na tampa da caixa.

O jogador deve, portanto, levar a caixa com o aparelho ligado tendo em sua tampa, na área delimitada pelo anel a esfera, sem no entanto deixar que esta esfera encoste em qualquer instante no anel. Se isso acontecer equivale dizer que o "ovo caiu" e que, portanto, o jogador está desclassificado.

Para tornar interessante o jogo estabeleça um percurso com obstáculos para os jogadores.