acionador com temporização programável de carga

ACIONADOR COM TEMPORIZAÇÃO PROGRAMÁVEL DE CARGA
Valéria Domiciano1, Christiane Gorski2, José de Medeiros,3 Ciro Egoavil4
Abstract In this paper we present the process of running a
project whose main function is to trigger electronic devices
automatically so programmed using PIC microcontroller.
The working system operates so that the controls are set the
hours and minutes desired for the electronics is triggered.
The design can be used in various electronic devices such as
alarms, air conditioners, lamps ... The system is activated by
a relay actuator and has a voltage regulator. The board has
a display for viewing the time, being easy teaching. The
project was built with components studied in the semester in
which applies Electronics I, thereby making the students can
easily assimilate the operation.
ResumoNo presente trabalho apresentam-se os processos
de funcionamento de um projeto cuja principal função é
acionar dispositivos eletrônicos automaticamente de
maneira programável através do microcontrolador PIC. O
sistema de funcionamento atua de forma que ao programar
controla-se as horas e minutos desejados para que o
eletrônico seja acionado. O projeto pode ser empregado em
diversos eletrônicos como alarmes, condicionadores de ar,
lâmpadas... O sistema é ativado por um relé acionador e
possui um regulador de tensão. A placa conta com um
display para a visualização do tempo, sendo de fácil
didática. O projeto foi construído com componentes
estudado no semestre em que se aplica Eletrônica I, fazendo
assim com que o discente consiga fácil assimilação ao
funcionamento.
Palavras chave - acessibilidade, acionamento, programável,
temporização.
INTRODUÇÃO
A globalização exige cada vez mais qualidade, maior
velocidade e menores custos, demandando mais
conhecimentos avançados juntamente com o uso de
ferramentas e técnicas mais poderosas. Nesse contexto, a
eletrônica desempenha um papel primordial, impulsionando
cada vez mais o desenvolvimento e aperfeiçoamento de
equipamentos. O alto custo de alguns desses eletrônicos,
leva a exclusão tecnológica de pessoas com uma posição
econômica desprivilegiada. Além disso, um dos males da
vida mais reclamado pelas pessoas é a falta de tempo, devido
à ocupação com: trabalho, estudo, lar, relações interpessoais.
Muito já se lamentou a falta de tecnologia. Hoje, reclama-se
da falta de tempo para utilizar tantos dispositivos
tecnológicos. Diante disso, buscou-se desenvolver um
acionador com temporização programável multiuso,
facilitando as atividades cotidianas das pessoas que sofrem
por falta de tempo. Além disso, trata-se de um equipamento
de baixo custo, proporcionando maior acessibilidade. De
maneira simples, o usuário poderá programar um tempo de
até 12 horas para ligar algum aparelho eletrônico, como:
ventiladores, computadores, carregadores, eletrodomésticos
em geral. Por exemplo, ligando-o a uma cafeteira, poderá
programa-lo antes de dormir e ao acordar terá o café pronto.
O preço médio de um acionador com temporização
programável multiuso similar disponível no mercado, de
acordo com a carga tributária brasileira, dependendo da
sofisticação, ultrapassa a faixa de custo de R$500,00
(aproximadamente €165,00). Assim no artigo, apresenta-se a
implementação de um protótipo que acionará equipamentos
eletrônicos automaticamente de maneira programável
através da utilização do microcontrolador PIC e outros
dispositivos semicondutores com a finalidade de acionar um
relé. O relé por sua vez fechará circuito de alimentação e
energizará a carga, alimentando-a com a tensão da rede, que
na região é de 110 V/60Hz. No artigo far-se-á uma descrição
teórica dos componentes do projeto, a metodologia,
resultados e conclusões.
Base Teórica
Os dispositivos mais importantes utilizados no projeto
foram: o transistor, o relé, os capacitores e o
microcontrolador que gerenciará todos esses dispositivos. O
transistor como chave, segundo [1], operará na região de
saturação e de corte e funciona como uma chave. Tal como
se vir na figura 1(a); ou seja, como um elemento de controle
on-off, conduzindo corrente ou não. A fonte de polarização
da base é, na realidade, o sinal de entrada que controla o
transistor, cortando-o (chave aberta) ou saturando-o (chave
fechada). Para que transistor opere na região de corte Q1, é
1
Valéria Fernanda Domiciano, Aluna do Curso Engenharia Elétrica da Fundação Universidade Federal de Rondônia, Brasil, BR 364, Km 723, Vavá[email protected].
2
Christiane Ito Gorski, Aluna do Curso Engenharia Elétrica da Fundação Universidade Federal de Rondônia, Brasil, BR 364, Km 723,
[email protected].
3
José Carlos de Medeiros, Aluno do Curso Engenharia Elétrica da Fundação Universidade Federal de Rondônia, Brasil, BR 364, Km 723,
[email protected].
4
Ciro José Egoavil Montero, Professor do Curso de Engenharia Elétrica da Fundação Universidade Federal de Rondônia, Brasil, BR 364, Km 723,
[email protected].
DOI 10.14684/INTERTECH.13.2014.433-437
© 2014 COPEC
March 16 - 19, 2014, Guimarães, PORTUGAL
XIII International Conference on Engineering and Technology Education
433
necessário que a tensão de entrada VE seja menor que VBE
condução. Nessa situação, não circula corrente pelo coletor
(ICcorte = 0) e a tensão de saída máxima (VS = VCEcorte = Vcc).
Para que o transistor opere na região de saturação Q2, vir
figura 1 [1].
pino escolhido do PIC, tendo em vista que se necessita de no
mínimo 0,7 VCC em VBE e uma corrente mínima de
acionamento do relé acoplado ao coletor. A corrente mínima
de base necessária para acionamento do relé com base no
beta do transistor, a resistência acoplada ao coletor e a
resistência interna do relé, foi calculada fazendo um cálculo
‘’inverso”, ou seja, precisa-se de 12 VCC no relé, o beta de
aproximadamente 25 e 270 Ω de resistência na bobina do
relé, foi estipulado 1 KΩ para a resistência do coletor com
base nesses detalhes. Os 13,5 V que aparecerá logo à frente
foram com base nos 12 V que são necessário para acionar o
relé.
Corrente de Coletor:
FIGURA. 1
TRANSISTOR OPERANDO CORTE/SATURAÇÃO
(7)
É necessário que a tensão de entrada VE seja maior
que VBE de condução (0,7 V). Nessa situação, a corrente de
coletor é máxima (ICsat), dentro de um limite imposto pela
polarização e a tensão de saída é mínima.
Para dimensionar RC e RB, utiliza-se a análise das malhas de
entrada e saída.
Malha de Entrada: VRB = VE - VBE
(1)
Malha de Saída: VRC = VCC – VCE
Assim têm-se:
Assim, precisa-se de 13,5 mA de corrente de coletor para o
projetor funcionar. Utilizando um pino de saída do PIC que
fornecem 1,7 V a resistência da base ficou fácil de ser
calculada. Ou seja, têm-se 1,7 V de tensão e β = 25.
Corrente de Base:
(8)
(2)
Resistência de Base:
(3)
(9)
(4)
Filtro RC: Tensão 110 V e Frequência 60 Hz.
Como o corte do transistor depende apenas da tensão de
entrada VE, o cálculo dos resistores de polarização é feito
baseando-se apenas nos parâmetros de saturação. Um
transistor comum, quando saturado, apresenta um
de
aproximadamente 0,03 V e um determinado valor mínimo de
β (entre 10 e 50) para garantir a saturação. A corrente de
coletor de saturação
depende da resistência acoplada
ao coletor ou a corrente imposta pelo projeto. Assim, as
equações ficam:
Assim:
(10)
Onda retificada:
(11)
(5)
Estipulou-se Vripple em 1 V, assim
(6)
Display LCD 5 VCC, suporta corrente máxima de
3 mA; PIC16F877A 5 VCC e corrente de saída 20 mA; Relé
12 VCC, 44,4 mA e resistência interna de 270 Ω.
A resistência da base foi calculada com base nos
dados fornecidos anteriormente, ou seja, precisa-se ser
considerado o quanto se pode limitar a tensão de saída do
© 2014 COPEC
A tensão de contínua após a retificação, V'CC é função da
tensão de entrada, transformador na 1:10, tensão 110 Vrms,
tensão eficaz (12 V)
ou 16,97 Vp
March 16 - 19, 2014, Guimarães, PORTUGAL
XIII International Conference on Engineering and Technology Education
434
(12)
Icc será utilizado nos cálculos do capacitor que irá ser
empregado no filtro RC; uma tensão de ripple estipulada em
um 1 V nos garante um nível excelente de contínua e
também nos fornece a variável restante necessária para o
cálculo do capacitor. Assim,
(13)
Finalmente:
(14)
Por fim, a condição de filtro RC exige para boa eficiência
que = RC 5T. nesse caso T = 16,66 ms e = 88,8
.1
KΩ, ou seja, 88,8 ms, condição satisfeita.
O PIV do diodo, conforme datasheet é 1000 V e suporta
corrente máxima de 1 A, suficiência de sobra em relação ao
projeto.
Metodologia
O projeto foi desenvolvido para beneficiar situações
corriqueiras cotidianas, tais como poder acionar dispositivos
eletrônicos através da uma função programada exercida
previamente. O sistema pode ser acoplado em qualquer
dispositivo eletrônico que se encaixe dentro dos parâmetros
(corrente e tensão), sendo assim viável, pois o usuário não
precisará adquirir diversos eletrônicos com sistemas
temporizados e sim apenas acoplar a placa ao eletrônico
desejado. O protótipo foi idealizado pensando em acionar
cargas com no máximo 10 A e 110 VAC. Para isso, se
pesquisou as formas de acionamento e dispositivos que
poderiam ser utilizados. O protótipo foi dividido em 3 (três)
blocos. O primeiro de polarização e alimentação dos
dispositivos de controle, o segundo de controle e o terceiro
de acionamento. O bloco de alimentação está constituído de
um transformador juntamente com dois diodos retificadores
que altera os parâmetros de entrada 110 VAC para 12 VCC. No
bloco de alimentação também se inclui um regulador de
tensão de 5 V. O bloco de controle está constituído de um
microcontrolador PIC, para que um microcontrolador
funcione convenientemente, a tensão de alimentação deve
estar compreendida em 5 V. A solução mais simples para a
fonte de alimentação foi utilizar um regulador de tensão que
fornece, na sua saída, uma tensão estável de 5 V tendo uma
entrada variando entre 2 V e 25 V. Os microcontroladores
possuem corrente máxima de saída de 25 mA.
A programação foi feita através de um software, em
linguagem de programação C, segue abaixo o diagrama de
blocos da programação [2]. No bloco de acionamento
utilizou-se um transistor, que atua como uma chave
eletrônica dando um ganho de corrente suficiente para
energizar o relé. O circuito só será acionado quando houver
um sinal proveniente do bloco de controle, que atuará direto
na base do transistor. Enquanto não houver este sinal, ou
seja, o transistor não efetuará o ganho e, consequentemente,
o relé está no estado NA. [2].
FIGURA. 2
DIAGRAMA DE BLOCOS DA PROGRAMAÇÃO
© 2014 COPEC
March 16 - 19, 2014, Guimarães, PORTUGAL
XIII International Conference on Engineering and Technology Education
435
FIGURA. 3
MODELO ESQUEMÁTICO
RESULTADOS
A placa acionadora com temporização programável obteve o
modelo esquemático mostrado na figura 3 [2].
Para verificar o funcionamento do acionador, conectou-o a
um aparelho (nesse caso, a cafeteira) cujo consumo fica-se
dentro dos limites especificados (600 W) e a tomada com a
tensão da rede local de 110 V, tal como pode ser observado
na figura 4 [2].
Caso queira iniciar seu acionamento imediatamente, basta
pressionar o botão que indica ENTER. Figura 5 [2]
FIGURA. 5
CIRCUITO E MENSAGEM INICIAL
FIGURA. 4
Após programar o tempo, o display LCD é imediatamente
desligado. O LED vermelho será acionado para indicar que
está ocorrendo à contagem do tempo. Na figura 6 [2], pode
ser observada a condição do circuito acionador de carga.
CONEXÃO DO ACIONADOR DE CARGA
Ao liga-la o display LCD iniciará com a mensagem:
ELETRÔNICA I, assim poderá programar o tempo. Da
esquerda para direita indica-se: hora, minuto e ENTER.
© 2014 COPEC
March 16 - 19, 2014, Guimarães, PORTUGAL
XIII International Conference on Engineering and Technology Education
436
interrompido durante seu funcionamento, a placa acionadora
seria desligada, necessitando ser religada e reprogramada.
Assim, poderia incrementa-la com um mecanismo que
satisfaça essa falha.
Esse projeto é relevante na medida em que poderá
popularizar o uso do dispositivo na sociedade moderna que
almeja o melhor aproveitamento do seu tempo, incluindo a
população de baixa renda. Entretanto, é necessário um maior
grau de pesquisas e testes para aperfeiçoa-lo, garantindo seu
melhor funcionamento.
REFERÊNCIAS
[1] Marques, Ângelo Eduardo B. Dispositivo semicondutores: diodos e
FIGURA. 6
CIRCUITO INDICANDO CONTAGEM DE TEMPO.
Por fim, ao término dessa contagem, na figura 7 [2],
pode-se ver que o LED verde acenderá para indicar que o
eletrônico foi ligado.
transistores' / Ângelo Eduardo B. Marques, Salomão Chofre Júnior,
Eduardo Cesar Alves Cruz. Vol. n∘ 1, 2007, p. 151-153.
[2] Z. Arévalo V., Sênior Member IEEE y A. Hernández F. Experiencias y
reflexiones sobre la enseñanza de la Electrónica en tiempos de grandes
cambios científicos, tecnológicos y de globalización. IEEE LATIN
AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 5, NO. 1, MARCH 2007 .
[3] Kelly C. Sartório. Exclusão social e tecnologia: os desafios da política
pública de inclusão digital no Brasil. Dissertação apresentada no programa
de Pós- Graduação de Serviço Social do Instituto de Ciências Humanas da
Universidade de Brasília. BRASÍLIA, 2008.
[4] Edinaldo A.Marques. Falta de tempo? Retirado do site:
<http://www.administradores.com.br>. Acessado em 08 de setembro de
2013.
FIGURA. 7
CIRCUITO INDICANDO O ACIONAMENTO DO ELETRÔNICO
O valor total para o projeto, de acordo com a carga
tributária
brasileira,
foi
por
volta
de
R$60,00(aproximadamente €19,00), ou seja, cerca de 88%
mais barato que os produtos similares encontrados no
mercado.
CONCLUSÕES
É possível afirmar que o temporizador programável de baixo
custo obteve resultados satisfatórios, tanto do ponto de vista
técnico quanto financeiro. O dispositivo proporcionou ao
usuário a comodidade de programar-se um tempo de até 12h
para o acionamento de algum equipamento eletrônico,
facilitando as atividades cotidianas.
Porém, apresentaram-se falhas, devendo aperfeiçoálo. Por exemplo, caso o fornecimento de energia elétrica seja
© 2014 COPEC
March 16 - 19, 2014, Guimarães, PORTUGAL
XIII International Conference on Engineering and Technology Education
437