Os sistemas de proteção para o carro são cada vez mais sofisticados, e os ladrões acompanham essa evolução criando métodos para neutralizá-los. Um sistema interessante é o que propomos, em que um eficiente alarme é ativado e desativado por uma chave de código que, além de disparar a buzina em caso de digitação do código errado ou ativação dos sensores, também inibe a ignição, paralisando o motor caso esteja em movimento. A presença de um teclado no painel do carro, sugerindo uma finalidade de proteção, não só afasta um possível ladrão como também dá um certo "charme" ao seu veículo.
Nota: Artigo publicado na Revista Saber Eletrônica 191 de 1988.
A maioria dos sistemas de alarme comerciais é instalada de modo a não ficar visível, tendo a finalidade exclusiva de proteger o veículo, atuando sobre a buzina e ignição em caso de tentativa de roubo. No entanto, um alarme visível, além da proteção que oferece ao carro, também consegue desestimular a ação de um ladrão, que vai procurar uma vítima mais fácil.
Assim, o que sugerimos nesse artigo é um circuito de alarme, que até certo ponto pode ser considerado convencional, acrescido de uma chave de código cujo teclado é instalado diretamente no painel do veículo. Basicamente ele opera da seguinte maneira:
- Ao abrir a porta para entrar no veículo precisamos desativar o sistema, pois, caso contrário, em alguns segundos ele dispara inibindo a ignição e atuando sobre a buzina; para isso o proprietário tem um certo tempo para digitar o código secreto. No final desse processo um led verde acende indicando que o alarme foi desativado.
- Para sair do veículo o motorista deve pressionar a tecla "*". Ele terá cerca de 20 segundos para sair e fechar o carro, quando então o sistema será automaticamente rearmado.
- Ao entrar no carro, logo após desativar o sistema, o usuário pode também teclar "*", colocando o alarme na posição de espera mesmo enquanto estiver com o carro em movimento. Nesse caso, se o motorista for forçado a sair do carro num roubo com ameaça, por exemplo, ao abrir a porta o sistema é ativado. Alguns segundos mais tarde, quando o ladrão estiver um pouco afastado, o alarme dispara, inibindo o sistema de ignição e acionando a buzina por alguns minutos.
- Em quaisquer circunstâncias, com o alarme na condição de espera (led apagado), ao pressionar uma tecla não pertencente ao código a buzina entra em ação e o sistema de ignição é desligado.
- Uma chave de emergência é escondida no carro para desligar o sistema quando o proprietário precisar manter a porta aberta por muito tempo ou enviar o veículo à oficina.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
- Alimentação: 12V
- Consumo na condição de espera: 17mA
- Consumo quando acionado: 62mA
- Corrente máxima na saída (contatos do relé): 5A
- Implementação com um circuito integrado CMOS e dois integrados temporizadores
- Número de combinações possíveis para o código: 7920
O CIRCUITO
Para maior facilidade de análise vamos dividir o circuito em blocos, conforme o diagrama da figura 1, e iniciar a partir daí a explicação do funcionamento.
O primeiro bloco é constituído de um contador Johnson de 5 estágios que desempenha a função da chave de código. Esse contador, um CD4017, aciona cada uma de suas saídas sequencialmente conforme os pulsos de clock aplicados nos pinos 13 (sensível à transição descendente) ou 14 (sensível à transição ascendente). No quadro Informações Adicionais damos a pinagem, diagrama lógico e tabela verdade do 4017.
Conforme vemos pelo diagrama da figura 2, as saídas do contador realimentam a entrada de clock através das teclas pertencentes ao código.
Ao ligar o circuito a rede R2/C2 se encarrega de resetar o contador (com nível lógico 1 no pino 15), fazendo com que somente a saída 00 (pino 3) apresente nível 1. Assim, ao pressionarmos S2 (primeira tecla do código), estaremos gerando um pulso de clock para o contador, que desse modo transferirá o nível 1 para a saída Q1 (pino 2). A partir daí, conforme formos pressionando as demais teclas do código estaremos transferindo o nível 1 para as próximas saídas, até que, ao pressionar S5, a saída Q4 será ativada e inibirá o circuito de alarme.
A inibição é feita através do aterramento dos pinos de reciclagem dos dois integrados 555 que constituem as etapas de temporização. Com nível 1 na saída Q4 do contador o transistor Q1 entra em condução, inibindo os temporizadores e acendendo o led que indica essa condição.
A chave S6, que reseta o contador, serve para iniciar a temporização que permitirá ao usuário sair do carro antes que o circuito seja rearmado. Ao pressionar essa tecla (indicada por "*") a saída Q4 do contador volta ao nível 0, sendo o 1 transferido para a saída Q0. Com isso o circuito fica pronto para uma nova digitação do código e o capacitor C1 inicia seu processo de descarga.
Enquanto a descarga de C1 estiver ocorrendo o led continuará aceso e o alarme desativado. Ao fim da descarga do capacitor (que dura aproximadamente 20 segundos) o transistor deixa de conduzir, o led apaga e o alarme é ativado, ficando na condição de espera (nível 1 nos pinos de reciclagem dos dois 555).
O terceiro bloco do circuito (temporizador II) é composto por um 555 na configuração de monoestável, sendo o pulso de disparo dado pela abertura de uma das portas do veículo. Veja que podemos utilizar os interruptores NF (normalmente fechados) já existentes (das luzes de cortesia e das lâmpadas de porta-malas ou capô) ou então adaptar os tipos encontrados comercialmente às portas do carro.
Ao abrir uma das portas estaremos aterrando o capacitor C5, que em conjunto com R7 forma um diferenciador que fornece um breve pulso de disparo para o monoestável. Nesse instante a saída de CI-2 passa para nível 1, assim permanecendo durante aproximadamente 20 segundos. Após esse período de temporização há uma queda de tensão no pino 2 de Cl-3 (entrada de disparo), o que faz com que esse último integrado (um outro monoestável) inicie a sua temporização, que dura cerca de 4 minutos.
Note que entre a abertura da porta do veículo e o disparo do monoestável Cl-3 decorre um tempo de 20 segundos, dado pela rede R8/C10 que determina o período de temporização de CI-2. Esse tempo é justamente o que você terá, ao entrar no carro, para digitar o código impedindo que o alarme dispare.
Caso haja necessidade podemos alterar os valores de R8 e C10 para modificar essa temporização. Vale lembrar que a fórmula que determina esses componentes é T = 1, 1.R8.C10, onde R8 deve estar em ohms, C10 em farads e T em segundos.
Caso o código não seja digitado, reciclando os 555, ao final da primeira temporização a saída de CI-3 passa para nível 1, acionando o relé K1, inibindo o sistema de ignição e fazendo soar a buzina. Com os componentes indicados no diagrama essa situação durará cerca de 4 minutos; no entanto, caso você queira modificar o tempo basta alterar os valores de R10 e C8. A fórmula que dá os valores desses componentes em função do período de temporização é a mesma do parágrafo anterior.
Um ponto importante a ser observado é a ligação das teclas não pertencentes ao código diretamente entre o pino 2 de CI-3 e o terra. Essa precaução nos garantirá que se alguma dessas teclas for pressionada o segundo monoestável disparará, acionando a buzina e desligando a ignição. A alimentação de todo o circuito é de 12V, sendo proveniente da própria bateria do carro.
MONTAGEM
Na figura 3 damos uma sugestão para a placa de circuito impresso.
Além dos cuidados convencionais com a montagem, recomendamos o uso de soquetes para os integrados e para o relé, que é do tipo SBMS2RC2/5A. Esse relé suporta uma corrente de até 5A por contato, o que se faz necessário dada a intensidade da corrente da buzina e do sistema de ignição.
Os transistores são NPN de uso geral do tipo BC548 ou equivalentes, como o BC547, BC549, BC237 etc.
Os resistores são todos de 1/8W e os eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho de pelo menos 16V. Os demais capacitores podem ser cerâmicos ou de poliéster.
O led verde é de qualquer tipo e deve ser instalado junto ao teclado, servindo para indicar quando o alarme está desativado.
Quanto ao teclado temos duas opções: ou adquirimos um tipo comercial, observando atentamente o modo de ligação, ou então optamos pela sugestão dada na figura 4, onde as teclas (facilmente adquiridas em lojas especializadas) são soldadas diretamente sobre uma placa de circuito impresso. No caso do nosso exemplo as teclas escolhidas para fazer parte do código foram 2, 5, 7 e 9. A sequência de digitação será determinada pelo modo de ligação do teclado à placa do alarme: a tecla que representará o primeiro algarismo a ser digitado deve se ligada ao ponto B da placa do alarme, o segundo algarismo ao ponto C, o terceiro ao D e o quarto ao E. O ponto A representa o comum e deve ser ligado ao ponto A do teclado.
O interruptor S1 deve ser uma chave do tipo miniatura de fácil instalação e operação, instalada em local que só o proprietário do veículo conheça. Esta chave desativa o sistema em caso de emergência ou para reparos mecânicos e limpeza no carro.
O teclado será instalado no painel do carro, e o circuito em si numa caixa que deve ficar oculta e próxima de pontos que permitam a retirada de alimentação (como por exemplo a caixa de fusível), conexão aos fios da buzina e ao sistema de ignição. Uma sugestão é sob o painel, exceto no fusca, que admite sua colocação no próprio porta-malas, que é dianteiro.
PROVA E INSTALAÇÃO
A prova de funcionamento pode ser feita na própria bancada com uma fonte de 12V. Para essa finalidade, em lugar da buzina podemos colocar uma pequena lâmpada de 12V x 100mA ou então um led em série com um resistor de 1k2 ou 1k5.
Ligando a alimentação do alarme nem o relé nem o led devem ser acionados.
Aterrando momentaneamente o pino 2 de CI-3 o relé K1 deve ser imediatamente acionado, assim permanecendo por 4 minutos. Se isso não acontecer o problema pode estar em CI-3 ou no próprio transistor Q1.
INFORMAÇÕES ADICIONAIS
CD4017 - CONTADOR JOHNSON DE 5 ESTÁGIOS
O 4017 é um contador Johnson de 5 estágios com dez saídas disponíveis (Q0 a Q9), sendo que a saída ativada apresenta nível lógico 1, estando as demais em 0. Temos também a saída "vai um" (Q5-9), que apresenta o sinal de clock dividido por dez e representa a saída do flip-flop mais significativo.
A entrada de reset (MR) é ativada com nível 1, zerando todos os flip-flops do contador e levando a saída "vai-um" a zero independentemente de qualquer sinal de clock.
O contador pode avançar a cada transição ascendente (de O para 1) ou descendente (de 1 para O) do clock, conforme o sinal seja aplicado às entradas CKO ou CK1.
A alimentação desse integrado pode ficar entre 3 e 15V, sendo que para 10V a frequência máxima de clock fica em torno de 13,8MHz.
Aterrando o capacitor C5, simulando a abertura de uma das portas do veículo, o monoestável CI-2 deve ser acionado, o que pode ser verificado pelo acionamento, após cerca de 20 segundos, do relé K1.
Com o teclado conectado ao circuito, uma vez digitado o código o led verde deve acender e os monoestáveis devem ficar inibidos, o que pode ser verificado pelo não acionamento de K1, mesmo quando aterramos os pinos 2 de ambos os integrados.
Para rearmar o circuito basta pressionar a tecla "*". Após 20 segundos o led apagará e os monoestáveis voltarão ao funcionamento normal, comutando o relé em caso de disparo ou ativação de um dos sensores.
Comprovado o funcionamento basta fazer a instalação definitiva no carro.
Na figura 5 damos a disposição e o modo de ligação de todos os elementos do alarme em relação ao circuito elétrico do carro.
Para usar, veja na introdução do artigo todos os procedimentos para armar e desarmar o alarme.
Se alguma falha de funcionamento ocorrer pode ser devido às interferências geradas pelo sistema de ignição do carro. Nesse caso podemos desacoplar o sistema com diversos procedimentos que devem ser experimentados, pois dependem de veículo para veículo, da instalação e da própria montagem de cada um. No entanto, o uso de fios blindados e o aterramento da caixa (que nesse caso deve ser metálica) são medidas que quase sempre resolvem problemas dessa natureza.
CÁLCULOS MATEMÁTICOS
ARRANJOS E COMBINAÇÕES
Em muitos circuitos eletrônicos, principalmente nos que utilizam códigos e teclados, precisamos saber de quantas maneiras podemos escolher, dentro de um certo número de teclas, aquelas que vamos utilizar.
No caso do nosso circuito, em que temos 11 teclas disponíveis e usamos para o código apenas 4, temos ao todo 7920 maneiras diferentes de efetuar a escolha.
Para chegarmos a esse número lançamos mão de duas ferramentas matemáticas muito importantes: os arranjos e as combinações. Através das combinações calculamos o número de grupos diferentes de 4 teclas que podemos obter a partir das 11 disponíveis no teclado (lembre-se que das 12 teclas devemos considerar apenas 11, pois uma é utilizada para iniciar a temporização que permite ao motorista sair do carro sem que o alarme dispare). A fórmula que calcula o número de combinações possíveis de p elementos dentro de um grupo de n elementos é:
Observe que o cálculo de combinações leva em conta apenas quais as teclas, dentre as 11, que estão no grupo escolhido, não importando a ordem em que elas aparecem. Isso será útil quando, para acionar algum dispositivo, tivermos que digitar as teclas corretas sem nos importarmos com a sequência.
Caso a sequência de digitação seja importante, como por exemplo no nosso circuito, devemos efetuar o cálculo através dos arranjos. A fórmula que nos permite calcular o número de arranjos possíveis de p elementos dentro de um grupo de n elementos é:
Para o circuito do alarme com chave de código temos:
o que significa que com 11 teclas teremos 7920 códigos diferentes de 4 algarismos.
