Para produzir efeitos espetaculares de luz e movimento em suas festas, para seu conjunto musical ou, ainda, para cartazes e vitrines, nada melhor do que um sistema de iluminação sequencial. Correndo com velocidade que você determina, as luzes darão um efeito dinâmico muito atraente para qualquer tipo de aplicação, onde chamar a atenção seja importante. Embora já tenhamos publicado outros projetos de iluminação sequencial. O leitor, sem dúvida, se interessará por este novo projeto, não só pelas suas características, como também pelo seu baixo custo e, principalmente pelas novas aplicações. Veja neste artigo como você poderá montar seu próprio sistema de iluminação sequencial de 4 canais, capaz de alimentar até 528 lâmpadas de 5 W na rede de 110 V e o dobro na rede de 220 V. Veja também outras aplicações interessantes que sugerimos para este aparelho.
Obs. O projeto é de 1981 quando ainda não existiam as tiras de LEDs microcontroladas que, além de mais baratas têm muito mais efeitos e consomem muito menos energia. O artigo vale como ideia ou referência e pelas outras aplicações possíveis.
Imagine um grupo de lâmpadas acendendo em sequência em velocidade controlada. Olhando para estas lâmpadas você terá a impressão de movimento com a luz correndo no mesmo sentido de acendimento da sequência.
Este movimento obtido com um sistema de iluminação sequencial é aproveitado para produzir efeitos especiais em muitas aplicações práticas.
Neste artigo ensinamos como montar um aparelho para produzir este efeito, ou seja, a iluminação sequencial, em quatro grupos de lâmpadas, ou seja, com um funcionamento em 4 fases para muitas lâmpadas, e damos as suas principais aplicações práticas (figura 1).
Estas aplicações práticas, por sinal, não se estendem somente pela área dos efeitos visuais com lâmpadas. O sistema de acionamento sequencial de circuito, que este aparelho produz, pode ser de grande utilidade em alguns casos conforme teremos oportunidade de verificar.
As aplicações sugeridas são então:
- Efeitos dinâmicos de luz em bailes e festas.
- Efeitos dinâmicos de luz em conjuntos musicais e teatros.
- Efeitos dinâmicos para cartazes e vitrines.
- Ilustração de processos dinâmicos em stands de feiras.
- Acionamento sequencial de dispositivos elétricos.
- Temporização cíclica de dispositivos elétricos.
Os três primeiros efeitos não precisam de maiores explicações,bastando lembrar que eles aparecem na maioria das discotecas e salões de bailes atuais.
Os outros três efeitos precisam ser analisados para que o leitor entenda melhor as possibilidades do sistema sequencial:
Ilustração de processos dinâmicos
Com a colocação de pequenas lâmpadas (5 W) num cartaz demonstrativo de um processo dinâmico como, por exemplo, um cartaz que ilustre o processo de destilação, o fluxo de substância pode tomar “vida" com o movimento das luzes, fazendo com que o cartaz seja muito mais atraente e cumpra melhor com sua finalidade (figura 2).
Acionamento sequencial de dispositivos elétricos
Você pode aumentar a constante de tempo do circuito de modo a ter um acionamento sequencial bem lento, digamos uma troca de função a cada 5 ou 10 minutos.
Ligando na saída do aparelho uma lâmpada de cabeceira, o seu aparelho de som a pequeno volume, um ventilador e finalmente outra lâmpada em uma dependência diferente de sua casa, na sua ausência haverá o efeito correspondente a uma pessoa presente.
Quem observar por algum tempo, de fora (um ladrão, por exemplo), verá que de tempos em tempos a luz da sala é acesa, para depois apagar, a seguir 5 ou 10 minutos depois ouve o barulho do aparelho de som ou ventilador, para finalmente ver a lâmpada de outra sala acender.
A impressão será realmente de que há alguém em casa. O ciclo se repete indefinidamente... (figura 3)
Temporização cíclica.
Se você precisa ligar e desligar um aparelho em intervalos regulares ou aparelhos em sequência, pode usar o sistema sequencial alterando a constante de tempo conforme suas necessidades.
Usando uma única saída, por exemplo, você pode acionar em intervalos regulares um ventilador em lugar de deixá-lo continuamente ligado, se isso for demais.
Enfim, acreditamos que as aplicações recreativas chamam mais a atenção do leitor para este projeto, mas certamente não faltarão aplicações "sérias" que de qualquer modo justificarão sua montagem.
COMO FUNCIONA
Na figura 4 temos um diagrama de blocos por onde o leitor pode perceber melhor seu funcionamento.
O primeiro bloco representa o oscilador principal que determina a velocidade de acionamento do sistema.
Este circuito tem por elementos básicos dois transistores comuns em lugar da tradicional configuração com unijunção.
A frequência de operação deste oscilador é determinada pelo capacitor C1e pelo resistor em série R1 que no circuito final é do tipo variável (potenciômetro) permitindo assim seu ajuste (figura 5).
No funcionamento, o capacitor carrega-se até ser atingida a tensão de disparo da chave regenerativa formada pelos dois transistores.
Esta chave até então no estado de não condução passa para o estado de plena condução ocorrendo então a descarga do capacitor com a produção de um pulso.
Este pulso é levado a um transistor amplificador para então ser encaminhado à etapa seguinte do circuito.
Os resistores de 270 ohms na chave regenerativa determinam o ponto de disparo do circuito.
A segunda etapa tem uma importância especial neste aparelho: trata-se de um contador Johnson com um integrado 4017 (CMOS) cuja função é fazer a divisão por 4 dos pulsos vindos da etapa anterior.
O que temos então é o acionamento sequencial de suas saídas em função dos impulsos de entrada. O primeiro pulso liga a primeira saída; o segundo desliga a primeira e liga a segunda;o terceiro desliga a segunda e liga a terceira; o quarto desliga a terceira e liga a quarta.
No quinto pulso, a última saída é desativada sendo ligada novamente a primeira quando então um novo ciclo começa (figura 6).
Na saída deste circuito são colocados LEDs de monitoração. Estes LEDs acendem na sequência de acionamento indicando o funcionamento do circuito.
Estas saídas são levadas ao terceiro bloco que consiste na etapa excitadora dos relês ou dos SCRs conforme sua versão.
Damos então duas possibilidades de montagem: com acionamento de relê ou com acionamento de SCRs. As diferenças obtidas são explicadas:
Com o acionamento por relê qualquer tipo de carga pode ser controlada, isto é, além de lâmpadas podem também ser ligados aparelhos de som, motores, etc., já que a condução é de onda completa, obtendo-se um controle total de potência.
Com o acionamento por SCR apenas metade dos semiciclos são conduzidos e cargas indutivas como motores ou aparelhos de som não podem ser controladas.
As lâmpadas devem ser incandescentes apenas podem ser alimentadas com uma potência ligeiramente reduzida.
A vantagem da primeira versão é, entretanto, compensada pelo baixo custo da segunda. Dependendo da aplicação o leitor pode optar por uma ou por outra. Na figura 7 damos os circuitos básicos para um canal dos dois tipos de acionamento.
Um ponto importante a ser analisado no circuito é a presença entre o segundo e terceiro bloco de uma chave comutadora que permite mudar a sequência de acendimento com a troca de efeito.
A parte de baixa tensão do sistema sequencial é alimentada por meio de uma fonte regulada em que um diodo zener de 13V é o elemento básico de referência e um transistor de potência é o controlador de corrente.
Com o uso de relês de 6 A de corrente de contacto (4 deles) pode-se ter uma corrente de até 24 A em 110 V o que significa uma potência de 2640 watts, ou ainda,o dobro, 5280 W em 220 V.
Com SCRs de 4 A como o MCR106 teremos1760 W em 110 V e 3520 W em 220 V o que sem dúvida é mais do que suficiente para a maioria das aplicações práticas.
OS COMPONENTES
Os componentes eletrônicos usados na montagem do sistema sequencial podem ser conseguidos com facilidade nas casas de materiais eletrônicos. A caixa tem as dimensões mostradas na figura 8 com furação na parte frontal para os LEDs, chave liga/desliga e controle de velocidade além do comutador de efeito.
Na parte traseira temos as 4 tomadas de ligação dos circuitos externos, o furo para passagem do cabo de alimentação, o fusível e a chave comutadora 110 V/220 V.
Os componentes eletrônicos usados são os seguintes:
a) Circuito integrado: deve ser usado obrigatoriamente o CD4017 ou simplesmente 4017. Não retire o material protetor (esponja ou papel alumínio) manuseando diretamente este componente. Ele será o último a ser montado e se você não tiver muita prática em mexer com integrados será conveniente comprar também um suporte para o mesmo (DIL de 16 pinos).
b) Os transistores são dos tipos indicados na relação de material havendo, entretanto, a possibilidade de usar equivalentes. P
Para o BC548 podem ser usados como equivalentes o BC547, BC237 ou BC238, e para o BC558 podem ser usados os BC557, BC307 ou BC308.
O equivalente do T!P31 é qualquer transistor NPN de potência para mais de 1 A.
c) LEDs: os LEDs usados no painel são vermelhos comuns ficando a cargo do leitor a escolha de tipos que se encaixem no painel.
d) Diodos: são usados diversos tipos de diodos nesta montagem.
Os diodos retificadores da fonte são do tipo 1N4002 ou seus equivalentes como o 1N4003, 1N4004, BY127, etc.
O diodo zener pode ser de qualquer tipo para 13 V x 400 mW ou mais.
Temos finalmente os diodos em paralelo com os relês que são de silício para uso geral como o 1N914 ou seus equivalentes.
e) SCRs os SCRs que podem ser usados nesta montagem são da série 106 dando-se preferência ao MCR106, IR106. TIC106 ou C106 de acordo com a tensão de sua rede.
Estes SCRs deverão ser montados em dissipadores de calor.
f) Relês: os relês recomendados são os SCHRACK RU101012 com bobinade12 V, corrente de contacto de 6 A. Equivalentes de mesma sensibilidade podem ser usados.
g) O transformador usado na fonte deve ser do tipo com enrolamento primário de acordo com a rede local ou ainda de duas tensões se for usada a chave comutadora de entrada, e secundário de 12 V com corrente de pelo menos 200 mA.
h) Resistores: são todos de 1/8 W já que estes permitem uma montagem mais compacta, mas nada impede que se usem outros de dissipação maior. A tolerância é de 10% ou mesmo 20%, segundo a vontade do montador.
i) Potenciômetro: o controle de velocidade usado no protótipo foi um potenciômetro deslizante de 47 k, mas nada impede que se use um potenciômetro comum (rotativo) para esta finalidade.
j) Capacitores: são usados dois tipos de capacitores na montagem:
Os eletrolíticos que devem ter uma tensão de trabalho de pelo menos 16 V com os valores indicados na lista de material.
O capacitor de tempo pode ser de até 470 uF para as aplicações de acionamento sequencial de longo intervalo.
Os que podem ser de poliéster ou óleo com tensão de trabalho de pelo menos 250 V para a rede de 110 V e de 350 V para a rede de 220 V.
k) Material adicional: como material adicional temos as tomadas para ligação das lâmpadas que devem encaixar-se na caixa; o suporte para o fusível de proteção; a placa de circuito impresso que deve ser confeccionada pelo montador; a chave comutadora de efeito de 110/220 V e liga/desliga, além da caixa de metal com as dimensões pedidas.
MONTAGEM
Comece a montagem pela preparação da caixa segundo as dimensões dadas na figura 8.
Para a parte eletrônica o montador deve usar um soldador de pequena potência (máximo 30 W), bem aquecido e com a ponta estanhada,além de alicate de ponta, alicate de corte lateral e um jogo de chaves de fenda.
Na figura 9 temos o circuito completo da versão básica com relês.
Na figura 10 a modificação básica para cada canal a ser feita na versão com SCRs.
A placa de circuito impresso em tamanho natural é mostrada na figura 11.
Para a realização de uma montagem perfeita são os seguintes os principais cuidados que devem ser tomados:
a) Solde em primeiro lugar os terminais do transformador, tendo o cuidado de fixar este componente na placa com a ajuda de parafusos. É conveniente que a furação para a fixação só seja feita depois que o leitor tiver este componente em mãos devido a diferenças de dimensões entre as diversas marcas. Cuidado com a identificação dos fios: preto = comum, marrom 110 V e vermelho 220 V.
b) Solde os transistores tendo o cuidado de identificar cada um, já que na montagem são usados tanto tipos NPN como PNP. Veja bem a posição de cada um pela sua parte chata. No transistor de potência da fonte a posição é dada pela parte metálica. A soldagem dos transistores deve ser feita rapidamente para que o calor não os danifique.
c) Solde os diodos: veja que cada um tem uma posição que é dada pelo anel identificador de catodo. No caso do zener conforme o tipo existe uma codificação sendo dada a posição na figura 12.
Ao soldar os diodos seja rápido por causa do calor.
d) Solde os relês observando bem a sua posição. A soldagem dos terminais de contacto devem ser bem feitas pois a corrente que eles devem controlar é intensa. Se sua versão for com SCR, solde os SCRs tomando cuidado com sua posição e usando dissipadores.
e) Solde os resistores. Estes componentes têm seus valores dados pelos anéis coloridos. Veja a correspondência com a relação de material. Corte os terminais dos resistores após a soldagem, para que não fiquem saltados sob a placa.
f) Solde os capacitores. No caso dos eletrolíticos devem ser observadas suas posições já que estes componentes são polarizados. Na soldagem evite o excesso de calor. Na soldagem dos demais deve-se apenas observar seu valor.
g) A seguir, faça as interligações na placa, ou seja, coloque os “jumpers" que são pedaços de fios soldados nas posições indicadas pelos desenhos. Estes fios devem ser encapados.
h) Termine o trabalho na placa com a colocação do circuito integrado ou então do seu suporte. Veja que a posição do circuito integrado é dada em função de seu ressalto. Cuidado para não tocar nos seus terminais quando fizer sua colocação.
Terminado o trabalho na placa passe a etapa seguinte da montagem.
Fixe todos os componentes que vão na caixa a saber: suporte de fusível, interruptor geral, chave comutadora de tensão e de função, tomadas, potenciômetro e cabo de alimentação.
a) Solde os fios de ligação aos LEDs, observando a polaridade destes componentes dada por seu lado achatado. Será conveniente colocar um espaguete em pelo menos um dos terminais de cada LED para evitar que entrem em curto.
b) Solde o cabo de alimentação e os fios de ligação à chave seletora de tensões observando as cores, segundo as tensões.
c) Faça a soldagem das chaves e das tomadas, observando que os fios que vão às tomadas devem ser grossos para aguentar as correntes elevadas controladas.
PROVA E USO
Ligue uma lâmpada de 5 à 100 W em cada saída. Coloque o plugue em sua tomada de força e ligue a unidade.
Ao mesmo tempo em que cada LED piscar, a lâmpada correspondente de sua saída deve acender. A velocidade das piscadas será controlada pelo potenciômetro deslizante no painel.
Se a lâmpada piscar mas o LED não acender, verifique a ligação do LED que pode estar invertido ou queimado. Se o LED piscar, mas não acender a lâmpada verifique a ligação do transistor excitador correspondente, o relê e finalmente a conexão à saída.
Se um LED apenas permanecer aceso sem correr, verifique o oscilador com a ligação dos transistores Q2 e Q3 além de Q4.
Para usar o sistema sequencial, na figura 13 damos algumas configurações possíveis para lâmpadas em sistemas decorativos para festas, bailes ou vitrines.
Para diminuir a velocidade de acionamento basta aumentar o valor de C2. O valor máximo possível para se obter bom funcionamento é de 470 uF.
Lista de Material
C1-1 - 4017 - circuito integrado CMOS
Q1 - TIP31 - transistor de potência de silício
Q2 - BC558 ou equivalente - transistor PNP de silício
Q3, Q4, Q5, Q6, Q7 Q8 - BC548 – transistor NPN de silício
D1, D2 - IN4002 - diodo retificador
D3 – 13 V x 400 mW - díodo zener
D4, D5, D6, D7 - 1N914 - diodo de silício para uso geral
LED1, LED2, LED3, LED4 - LEDs vermelhos comuns
K1, K2, K3, K4 - Relê Schrack RU 101 012 (12 V)
C1 - 1 000 uF x 16 V - capacitor eletrolítico
C2 – 1 uF x 16 V - capacitor eletrolítico
C3, C4, C5, C6- 1uF x 250 V- capacitor a óleo ou poliéster
P1 - potenciômetro de 47 k
R1 – 330 R x 1/8 W - resistor (laranja, laranja, marrom)
R2 – 150 k x 1/8 W - resistor (marrom, verde, amarelo)
R3, R4 – 270 R x 1/8W - resistor (vermelho, violeta, marrom)
R5 – 100 R x 1/8 W - resistor (marrom, preto, marrom)
R6 - 6k8 x 1/8 W - resistor (azul, cinza, vermelho)
R8, R9, R10, R11 - resistores 6k8 x 1/8 W (azul, cinza, vermelho)
R7 – 100 R x 1/8 W - resistor (marrom, preto, marrom)
S1 - Interruptor simples
S2 - chave de 2 x 2
S3 - chave de 4 polos x 2 posições
Diversos: SCRs 106 para versão com SCR sem relê, placa de circuito impresso, caixa para montagem, tomadas, suporte para fusível, fusível de 8 A, cabo de alimentaçã0, fios, solda, etc.
