O controle remoto descrito aqui pode ser usado com muitos dos projetos neste livro (*). Por exemplo, você pode iniciar seu elevador mecatrônico ou motor iônico simplesmente pressionando um botão. Você também pode acionar seu cânone eletrônico com um feixe de luz ou controlar um aerobarco mecatrônico ou braço robótico usando um controle remoto. Você também pode usar o controle remoto como um detector, colocando-o em dispositivos automatizados para detectar quando um feixe de luz é cortado ou quando a luz incide sobre o sensor.
O circuito é muito simples, pois você deve montar apenas o receptor. O transmissor é simplesmente uma lanterna e o receptor não tem partes críticas ou ajustes complicados. Claro, o alcance é limitado à luz da lanterna e ao sistema de foco no receptor, mas em boas condições, você pode controlar um modelo colocado a distâncias de até 10 metros. Aplicações adicionais para o projeto serão sugeridas ao longo deste projeto.
Objetivos
• Controle de modelos e dispositivos automáticos por meio de feixe de luz.
• Estude como funcionam os fotossensores.
• Projete projetos que sejam sensíveis à luz ou escuridão, como armadilhas, detectores de intrusão ou outros dispositivos automatizados.
• Aplique o circuito para esses dispositivos automatizados a experimentos em ciências.
O Sensor
O sensor usado neste projeto é um resistor dependente de luz (LDR). Esse dispositivo também é chamado de célula de sulfeto de cádmio (CdS), a partir do material usado em sua fabricação.
Os LDRs, como os mostrados na Figura 1, apresentam uma resistência elétrica muito alta no escuro. Mas quando iluminados, sua resistência de muitos megohms cai para centenas ou dezenas de ohms, deixando a corrente fluir através deles.
Eles são muito sensíveis na detecção de quantidades de luz que nem mesmo o olho humano consegue detectar em condições normais. Embora sejam sensíveis, eles não são tão rápidos quanto outros detectores eletrônicos, como fotodiodos e fototransistores. Para os nossos propósitos, eles são ideais porque são baratos, fáceis de encontrar e fáceis de usar.
O projeto
Em nosso projeto básico de feixe de luz, o circuito aciona um relé quando um feixe de luz é focalizado no sensor (LDR). As versões atualizadas cronometrarão a ação do relé ou fornecerão uma ação biestável. A versão escolhida pelo gênio do mal dependerá da aplicação que ele tem em mente.
O princípio de operação é muito fácil de entender: quando o sensor detecta a luz, sua resistência cai e a corrente pode fluir pela base de um transistor. Essa corrente é amplificada, acionando o relé que fecha seus contatos.
P1 é ajustado para colocar o transistor no limiar de condução com a luz ambiente. Portanto, qualquer quantidade de luz que incida sobre o sensor aciona o circuito.
Como construir
A Figura 2 mostra o esquema para a versão básica do controle remoto usando um feixe de luz.
O relé é escolhido de acordo com a tensão da fonte de alimentação. Os tipos de relés com correntes de enrolamento de até 50 mA ou mais são recomendados. Uma montagem simples pode ser feita usando uma placa sem solda, conforme mostrado na Figura 3.
Como o circuito consome uma corrente relativamente baixa, ele pode ser alimentado pela mesma fonte usada na aplicação onde o circuito será instalado. O relé na foto é um tipo universal com terminais duplos em linha. Caso utilize outro tipo de relé, deve-se ter certeza da identificação dos terminais da bobina e dos contatos.
O LDR pode ser de qualquer tamanho, mas deve ser redondo e instalado dentro de um pequeno tubo de papelão ou outro material opaco. Uma lente convergente pode ser adicionada para obter diretividade e aumentar a sensibilidade do circuito, conforme mostrado na Figura 4.
A fonte de alimentação depende da taxa de tensão da bobina do relé. Por exemplo, se você usar um relé de 6 V x 50 mA, a fonte de alimentação pode ser formada por quatro células AA, C ou D. É útil revisar as especificações para que você use a mesma fonte para o circuito e o resto do projeto.
Testando e usando
É muito fácil testar seu controle remoto. Ligue o circuito e feche P1 (coloque-o na posição de resistência mínima). Em seguida, aponte o LDR para um local escuro.
Agora, abrindo P1 lentamente, você ouvirá quando os contatos fecham. Abra um pouco o P1 para abrir os contatos novamente. Então, focalizando a lanterna no LDR, você ouvirá quando o relé fecha os contatos. Se você não conseguir ouvir seu relé, um diodo emissor de luz (LED) como um indicador pode ser conectado ao circuito, conforme mostrado na Figura 5.
Ao usar o LED, ajuste P1 para colocar o relé próximo ao ponto de acionamento. Então a lanterna pode acionar o circuito. Lembre-se que o relé ficará ligado apenas durante o tempo em que o sensor receber a luz.
Lista de peças - usando um LED para ajustar a sensibilidade
Q1 BC548 transistor de uso geral NPN
D1 1N4148 diodo de silício de uso geral
LDR Qualquer LDR (ver texto)
P1 47 kΩ trimpot
C1 100 µF X 12 volts Capacitor eletrolítico
K1 6 ou 12 volts x 50 mA relé
Placa de circuito impresso (PCB) ou placa sem solda, fios, solda, fonte de alimentação, etc.
Temas cruzados
Um controle remoto de feixe de luz pode ser usado como um dispositivo auxiliar para implementar ou acionar experimentos em muitos dispositivos. O controle pode ser usado para ativar dispositivos remotamente, incluindo armadilhas, ventiladores, lâmpadas e muito mais. Seguem algumas sugestões:
• Feche uma armadilha feita para pegar animais.
• Inicie experiências perigosas remotamente.
• Ligue e desligue dispositivos em experimentos de uma distância segura.
Circuitos e ideias adicionais
Para se divertir mais com os feixes de luz, diversos circuitos e ideias diferentes devem ser considerados.
Versão Cronometrada
Uma versão cronometrada simples usando o circuito integrado (IC) 555 é mostrada na Figura 6. Neste circuito, P1 ajusta a sensibilidade de acordo com a fonte de luz e a iluminação ambiente. P2 ajusta o tempo que o relé está ligado após ser disparado. O tempo ligado pode ser calculado pela seguinte fórmula:
t =. 1,1 x R2 x C2
Onde:
t = o tempo em segundos (s)
R = o ajuste de P2 e R2 em ohms (SI)
C2 = a capacitância em farads (F)
Os valores máximos para R2 e C são 1 MΩ e 1.000 µF.
Lista de peças - versão cronometrada
IC-1 555 IC temporizador
Q1 BC548 transistor de silício NPN de uso geral ou equivalente
D1 1N4148 diodo de silício de uso geral
P1, P2 1 Mohms trimpot
R1 47 kΩ X resistor de 1/8 watt (amarelo, violeta, laranja)
R2 10 kΩ X resistor de 1/8 watt (marrom, preto, laranja)
R3 2,2 kΩ x resistor de 1/8 watts (vermelho, vermelho, vermelho)
C1 10 µF x 12 volts Capacitor eletrolítico
C2 10 a 1.000 µF x 12 volts capacitor eletrolítico
C3 1.000 µF x 12 volts Capacitor eletrolítico
LDR Qualquer LDR comum (ver projeto principal)
K1 relé de 6 ou 12 volts, bobina de 50 mA (de acordo com a fonte de alimentação)
B1 células de 6 ou 12 volts ou fonte de alimentação (de acordo com o relé)
PCB ou placa sem solda, fonte de alimentação, fios, solda, etc.
Versão biestável
A Figura 7 mostra uma versão biestável baseada em uma configuração explorada em projetos anteriores usando o flip-flop semicondutor de óxido de metal complementar (CMOS) tipo D 4013.
P1 ajusta a sensibilidade e o relé deve ser classificado de acordo com a tensão da fonte de alimentação. Tipos classificados de 5 a 12 volts podem ser usados.
O circuito pode ser montado em um PCB ou em uma placa de ensaio sem solda. Tome cuidado com a posição dos componentes polarizados, como ICs, capacitores eletrolíticos, transistor e fonte de alimentação.
Lista de peças - versão biestável
IC-1 555 IC temporizador
IC-2 4013 CMOS tipo flip-flop IC
Q1 BD548 transistor de silício NPN de uso geral
D1 1N4148 diodo de silício de uso geral
K1 relé de 5 a 12 volts (de acordo com a tensão da fonte de alimentação)
LDR Qualquer LDR comum
R1 10 kΩ X resistor de 1/8 watt (marrom, preto, laranja)
R2, R3 resistores de 100 kΩ x 1/8 watts (marrom, preto, amarelo)
R4 2,2 kΩ x resistor de 1/8 watts (vermelho, vermelho, vermelho)
P1 1 MΩ linear ou potenciômetro logarítmico (sensibilidade)
C1, C2 0,1 µF Capacitores de cerâmica ou poliéster
C3 1.000 µF x 12 volts Capacitor eletrolítico
PCB, fios, solda, fonte de alimentação, etc.
Versão de alta sensibilidade
Sensibilidade muito alta pode ser alcançada com o circuito mostrado na Figura 8. Um segundo transistor é adicionado para aumentar a sensibilidade do circuito.
Quando o sensor é instalado em um tubo com lente convergente, o circuito pode detectar fontes de luz a até 20 metros de distância e ainda mais longe no escuro (se houver pouca luz ambiente).
P1 ajusta a sensibilidade e o princípio de funcionamento é o mesmo do projeto básico. O circuito permanecerá ligado apenas durante o tempo em que a luz estiver brilhando no sensor. O mesmo estágio de entrada pode ser adaptado de outros projetos (versões mono e biestáveis).
Lista de peças - versão de alta sensibilidade
Q1 BC548 - Transistor de silício NPN de uso geral
Q2 BC558 transistor de uso geral PNP
D1 1 N4148 diodo de silício de uso geral
K1 6 volts V x 50 mA - Relé
P1 1 MΩ trimpot
R1 2,2 kΩ X resistor de 1/8 watts (vermelho, vermelho, vermelho)
LDR Qualquer célula LDR ou CdS redonda (ver texto)
C1 100 µF X 12 volts - Capacitor eletrolítico
PCB ou tira de terminais, fios, solda, etc.
A Tecnologia Hoje
Hoje, muitos dos controles remotos de aparelhos (domésticos e industriais) operam com sinais infravermelhos (IR) ou de rádio frequência (RF). Esses controles remotos usam uma tecnologia avançada que utiliza os sinais de forma que cada controle manipule apenas o receptor apropriado e correspondente.
Microprocessadores e outros recursos são usados para fornecer milhões de códigos diferentes, tornando os controles absolutamente seguros. Outros controles também têm a capacidade de comandar muitas funções no receptor.
É claro que um controle remoto simples, como o deste projeto, tem a vantagem de não ser crítico, pode ser montado por qualquer pessoa e usa apenas algumas peças de baixo custo.
Ideias para explorar
A seguir estão algumas ideias para exercícios que vão além deste projeto:
• Encontre informações sobre controles remotos que usam IR e PLLs
• Tente usar filtros de cores para aumentar o alcance do controle do feixe de luz.
• Procure informações sobre fototransistores e fotodiodos usados como sensores.
