Chave Óptica Para Automatismos (ART2135)

Este circuito pode ser usado como atuador por posição, para ser acionados por objetos, rotores, ou ainda partes móveis de uma máquina. Em robótica ele pode ser usado como atuador para posições de braços e outras partes móveis. O mesmo circuito básico usando um múltiplo comparador de tensão em lugar de um operacional pode ser convertido num leitor de cartões perfurados identificando um código de atuação num sistema de fechadura ou outros dispositivos semelhantes.

Chaves ópticas podem ser usadas em inúmeros dispositivos de controle envolvendo aplicações industriais, robótica, bem como, aplicações recreativas e didáticas.

O projeto básico que descrevemos pode ser alterado ou expandido para uma infinidade de aplicações práticas que inclui as seguintes possibilidades: sensores de posição industriais, sensores de posição para robótica, identificação de códigos em cartões perfurados contadores de voltas ou passagens.

O circuito básico é alimentado com tensão de 6 a i2 V, mas pode ser facilmente alterado para outros valores de fonte.

Os poucos elementos usados e o único ajuste tornam sua operação e instalação fáceis principalmente quando se pretende sua adaptação em mecanismos já prontos.

CARACTERÍSTICAS

Tensão de alimentação: 6 ou 12 V

Consumo em repouso: 50 mA (tip)

Carga máxima selecionada: 2 A

Radiação usada no sensor: infravermelho

COMO FUNCÍONA

Um diodo emissor de luz (LED) infravermelho é alimentado com a tensão da fonte emitindo sua radiação sobre um foto-transistor. O foto-transistor e o diodo emissor fazem parte de um único componente, uma chave óptica NW-SHBB ou NW-5J3B (a diferença dos tipos está nos diferentes modos de montagem - a primeira é para fixação com parafuso e a segunda para fixação em placa de circuito impresso), conforme mostra a figura 1.

Figura 1 – Tipos de sensores

A saída do foto-transistor é levada via potenciômetro de ajuste a um amplificador operacional 741 montado como comparador de tensão.

A tensão de referência é dada pelo divisor formado por R3 e R2 e o ajuste de ganho dado por R4.

Quando o foto-transistor está iluminado, a tensão no cursor do potenciômetro deve estar acima da tensão de referência no pino 2 do circuito integrado.

Isso significa que a saída do pino 6 do circuito integrado, está próxima da tensão de alimentação e o transistor Q2 polarizado no corte.

O relé estará então energizado.

Se o feixe de radiação infravermelha for interrompida com a passagem de um objeto ou introdução de um objeto na chave óptica, a tensão no cursor do potenciômetro se reduz a um valor abaixo da tensão de referência e com isso a tensão na saída operacional cai praticamente para zero.

O resultado é que o transistor Q2 é levado praticamente a saturação energizando a bobina do relé.

Veja que este circuito não possui qualquer tipo de temporização isto significa dizer que o relé se mantém fechado durante o tempo em que o objeto obstruir a passagem de luz no sensor.

Para uma ação temporizada necessária a operação com peças que se movam ou passem com muita velocidade no sensor precisamos de uma configuração diferente.

Deve então ser considerada a inércia do relé na atuação sobre cargas externas para aplicações que envolvam tempo.

Para urna aplicação com 6 V é preciso selecionar um circuito integrado apropriado, preferivelmente um equivalente de menor tensão.

O quádruplo comparador de tensão LM339 pode ser usado nesta aplicação, caso em que poderemos ter um múltiplo acionamento de relés, (fig. 2)

Figura 2 – Usando o LM339

O relé indicado no projeto admite cargas de 2 A, mas nada impede que outros tipos sejam usados, mas com apenas um contato reversível.

Por outro lado a velocidade de ação pode ser melhorada com a alteração de ganho do 741, o que pode ser conseguido com alteração de valor de R4.

Este resistor pode ficar entre 10 k ohms e 1 M ohms.

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama básico do nosso acionador.

Figura 3 – Diagrama do acionador

Uma sugestão de placa de circuito impresso para esta montagem é mostrada na figura 4.

Figura 4 – Placa para a montagem

Os transistores Q1 e Q2 admitem qualquer equivalente. O diodo D1, por exemplo, pode ser o 1N4148 ou qualquer equivalente.

A escolha do acoplador depende da aplicação já que temos tipo para fixação com parafuso na placa de circuito impresso. P1 é um trimpot e os resistores são todos de 1/8 W com tolerância de 5 a 20%.

Para o circuito integrado sugerimos a utilização de soquete DlL e o único- capacitor é de 12 V de tensão de trabalho.

Seu valor também não é critico já que se trata de um desacoplador para a fonte de alimentação.

PROVA E USO

Ligue a alimentação do circuito e uma carga de prova nos contatos do relé.

Ajuste P1 até que o relé abra seus contatos.

Depois introduza um objeto opaco na fenda da chave óptica. O relé deve fechar seus contatos.

Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação definitiva do aparelho.

Para maior sensibilidade, a fonte deve ser regulada.

Urna inversão do modo de atuação do sistema, com o fechamento dos contatos do relé quando o objeto for retirado da chave óptica podemos trocar o transistor Q2 por um NPN de uso geral ligando-o da forma mostrada na fig. 5.

Figura 5 – Acionamento inverso