Interruptor Eletrônico Controlado por Som

Interruptor Eletrônico
Controlado por Som
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Departamento de Engenharia Elétrica
Instrumentação Eletrônica
Professor: Luciano Fontes
Aluno: Marcelo Fonseca Babalho
Principio de funcionamento
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Seu princípio de funcionamento se baseia
na utilização de um simples microfone,
capaz de gerar um sinal muito intenso
devido à alta freqüência e a intensidade do
som propagado pelo bater palmas ou
estalar os dedos. Esse sinal deve ser
interpretado por um circuito como um pulso
de entrada que está ligado a um flip-flop, o
qual será responsável por ligar ou desligar o
interruptor do sistema.
Introdução
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Projeto de um sistema de controle que consiste em
um interruptor eletrônico, o qual deve ser capaz de
ligar e desligar um LED apenas com o bater das
palmas da mãos ou um estalar de dedos.
Seu principio de funcionamento se baseia na
utilização de um simples microfone, capaz de gerar
um sinal muito intenso devido à alta freqüência e a
intensidade do som propagado pelo bater das
palmas da mãos ou um estalar de dedos.Esse sinal
deve ser interpretado por um circuito como um
pulso de entrada que está ligado a um flip-flop, o
qual será responsável por ligar ou desligar o
interruptor do sistema.
Desenvolvimento
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Para apresentar o projeto, vou
dividir a apresentação em partes:
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1. Captação do som e filtragem
2. Amplificação do sinal e pullup
3. Temporização
4. Acionamento
1. Captação do som e filtragem
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Para captar o sinal sonoro, foi usado como entrada para o
circuito um microfone de eletreto.
O microfone capta a vibração do ar provocado pelo som,
transformando essa vibração mecânica em impulsos elétricos,
produzindo ondas de mesma freqüência do som que o gerou.
Ele está ligado em série com o resistor de 10k ohm para
limitar a corrente que passa pelo microfone. É necessário
também observar a polaridade do microfone.
Em seguida, o sinal gerado passa por um filtro que elimina a
componente contínua do sinal (devido à tensão dc de 5V) e
atenua parte da freqüência da fala, já que somente é
desejável que o circuito seja acionado por ruídos muito
intensos. Dessa forma, um capacitor de 200 nF já é suficiente
para filtrar a componente contínua.
1. Captação do som e filtragem
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diagrama esquemático.
Figura 01: Entrada do circuito, com captação do som.
2. Amplificação do sinal e
pullup
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O som produzido por palmas gera sinais elétricos de
amplitudes muito baixas no microfone de eletreto. Esses
sinais precisam ser amplificados e nesse projeto se decidiu
por um ganho de 330.
Figura 02: Estágio de amplificação
2. Amplificação do sinal e
pullup
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Observe que o amplificador é inversor, desta forma
o sinal entra no terminal inversor do amplificador.
Logo, para uma resistência de 330k ohm na
realimentação, teremos aproximadamente um
ganho de 330.
Capturando o sinal no final do estagio de
amplificação, teremos agora uma tensão de pico
equivalente a cerca de 4 a 5 V.Essa tensão de
saída do comparador vai ativar um temporizador,
que será explicado a seguir.
2. Amplificação do sinal e
pullup

Para garantir um disparo sem interferencia no
trigger do nosso temporizador, conectamos um filtro
de 680 nF e uma resistência de pullup de 10k ohm.
Figura 03: Filtro
3. Temporização
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O circuito do temporizador foi montado com um LM 555
configurado como um monoestável. Seu funcionamento
permite elevar a tensão em sua saída para o valor da
alimentação e mantê-la assim por um determinado período
sempre que um pulso surgir na sua entrada de disparo
(trigger). Nesse caso, a tensão de alimentação será de 5V, já
que a alimentação do circuito é de 5V. Na saída do 555
teremos um flip-flop que será responsável por gripar o circuito
em níveis lógicos 1 e 0, possibilitando ligar ou desligar o LED.
Na entrada do trigger do 555 foi conectada a saída do
amplificador. Dessa forma, sempre que o microfone gerar um
sinal elétrico capaz de disparar o 555, a saída permanecera
por um período de tempo satisfatório ativada.
3. Temporização
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Desejamos um tempo de aproximadamente 8 ms e
escolhemos arbitrariamente um capacitor de 680 nF, temos
que R deve ser igual a 10,7k ohm. Considerando esse valor,
usaremos o valor comercial mais próximo e mais comum, que
é 10k ohm. Logo, o novo valor para o tempo será de 7,48 ms.
3. Temporização
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Na saída do monoestável, conectamos mais um filtro de altas
freqüência, o capacitor de 100 nF, e também implementamos
um pulldown (resistor de 10k ohm ), buscando evitar que
clocks indesejados apareçam no flip-flop.
4.Acionamento
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Para alternar o estado do LED que será acionado pelas
palmas usaremos um flip-flop tipo D, encapsulado no CI 7474.
Esse flip-flop, com clock sensível a borda de subida, muda
seu estado de saída para o mesmo estado que estiver na
entrada D quando um pulso de clock for emitido ao circuito.
Nesse projeto, o pulso de clock será a saída do temporizador
555. Para garantir que o circuito irá alternar seus estados a
cada pulso de clock, ligaremos o flip-flop como flip-flop tipo T
(toogle), onde conectamos a saída Q’ diretamente a entrada
D. Assim, sempre que a saída Q estiver em 0, a saída Q’ vai
estar em 1. Quando um pulso de clock chegar até o circuito, a
saída Q muda para 1, a Q’ para 0 e quando um novo pulso
chegar ao clock, a saída Q voltará para 0.
4.Acionamento
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O LED será conectado à saída Q desse flip-flop por meio de
uma resistência de 470 ohm. A importância dessa resistência
é a limitação da corrente que passa pelo LED. É importante
ressaltar que o LED será ligado ao flip-flop, ou seja, a
corrente por ele drenada será fornecida por esse dispositivo.
Nesse caso não tem muito problema porque a corrente é
baixa. Mas para a ligação de outros componentes que
drenem uma corrente alta se faz necessário um circuito de
acionamento um pouco mais completo, com transistor e até
relé, para aplicações que envolvem sistemas de potência.
4.Acionamento
Circuito de completo
Conclusão

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Esse projeto pode ser considerado um
protótipo para uma aplicação mais útil.
Algumas modificações se fazem
necessárias, como a remodelagem da
parte de acionamento com a inserção
de um transistor ou um relé de
potência, mas o corpo do projeto é o
mesmo.