Semaforo Com Pilha De Volta

RESUMO E MEMORIAL DESCRITIVO DO PROJETO INTEGRADOR 4º SEMESTRE,

DESCRIÇÃO DO PROJETO:

O projeto integrador destaca-se pelo projeto, construção, simulação e testes, com base em componentes e circuitos elétricos e eletrônicos, para um semáforo que ira utilizar LEDs como fonte de visualização dos três estados e pilha de Volta como fonte

de alimentação dos LEDs.

Nota: os componentes eletrônicos serão alimentados por uma fonte de tensão continua externa.

O semáforo devera conter três LEDs (verde, amarelo e vermelho), que sinalizarão os diferentes estados (siga, atenção e pare) e estes estados contemplam os seguintes tempos e sequencia:

ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA DO SISTEMA:

Teremos que construir uma ou mais pilha de volta, que será utilizada para alimentar eletricamente apenas os LEDs. A pilha de volta terá que possuir autonomia de corrente elétrica >20mA, para três LEDs com corrente de 10 a 20 mA cada. A tensão da pilha tem que ser superior a tensão do LED de 2V somada a tensão de saturação Vce (tensão no coletor/emissor do transistor) que é de 0,2V totalizando 2,2V. A nossa pilha de Volta também tem que possuir autonomia de tempo >3 minutos conforme informado no documento que permitirá no mínimo três ciclos se levarmos em conta a duração de cada LED como segue abaixo.

• LED – Vermelho 30seg.

• LED – Amarelo 10 seg.

• LED – Verde 20 seg.

Os outros componentes eletrônicos como os circuitos integrados LM 555 e o contador de 00 – 99 poderão possuir alimentação elétrica de uma fonte externa em corrente continua e totalmente separada da utilizada para os LEDs.

NOTA1: Falar que um transistor está saturado é o mesmo que dizer que um interruptor está desligado, ou seja, “aberto” e com isso podemos afirmar que o transistor no sistema funcionará como chave.

NOTA2: “... Importante: A pilha de Volta deve ser galvânica”... Quer dizer que a pilha será um dispositivo que utiliza reações de óxido-redução para converter energia química em energia elétrica. A reação química utilizada será sempre espontânea.

“... Nao será permitido a utilização de acido sulfúrico, que geraria uma pilha de Daniel”...

COMPONENTES

• CIRCUITO INTEGRADO LM 555.

PINAGEM DO LM 555

Pino Nome Aplicação

1 GND Terra

2 TR Gatilho (Trigger) Um pulso curto inicia o temporizador

3 Q Durante um intervalo de tempo, a saída (Q) permanece em +VCC

4 R Um intervalo de temporização pode ser interrompido pela aplicação de um pulso de Reset

5 CV Controle de tensão (diferença de potencial-DDP) permite acesso ao divisor interno de tensão (2/3 VCC)

6 THR O limiar (threshold) no qual o intervalo finaliza

7 DIS Ligado a um condensador, cujo tempo de descarga irá influenciar o intervalo de temporização.

8 V+, VCC A tensão (diferença de potencial-DDP) positiva da fonte, que deve estar entre +5 e +15V

MODO ASTÁVEL

O multivibradorastável é um circuito que não possui estado estável de saída indefinidamente. Dessa forma a saída oscila intermitentemente entre dois níveis de tensão (Vs+ e Vs-).O circuito astável produz ondas quadradas, oscilando entre 0V e VCC. A configuração do astável está demonstrada abaixo:

Uma vez que o circuito é alimentado, devido à realimentação positiva a saída assume rapidamente a condição de saturação (positiva ou negativa). Considerando-se o capacitor inicialmente descarregado, o mesmo iniciará o processo de carga (para Vsat+ ou Vsat-), até que sua tensão atinja o mesmo valor da entrada + (VTH ou VTL), quando então ocorrerá a mudança de estado da tensão de saída. O processo se repete indefinidamente enquanto o circuito estiver alimentado. A tensão de carga/descarga do capacitor é exponencial, e a saída é uma onda quadrada (degrau) com período constante. No circuito astável pode-se alterar o tempo Tm (tempo em +Vs) e o Ts (tempo em 0V). Quando o capacitor carrega até (1/3)*Vs, o 555 dispara pelo trigger e a tensão de saída vai para +Vs, e quando chega a (2/3)*Vs, o 555 corta e a saída vai para 0V. Os tempos Tm e Ts podem ser calculados pelas fórmulas abaixo:

Tm=0.7*(R1+R2)*C1

Ts=0.7*R2*C1

E o Período T da forma de onda quadrada e a frequência f podem ser calculados pelas fórmulas abaixo:

T=0.7*(R1+2*R2)*C1

f=1.4/((R1+2*R2)*C1)

Sendo: T = Tm + Ts - tempos em segundos

f - frequencia em Hertz

R1 - resistência em Ohm

R2 - resistência em Ohm

C1 - capacitância em Faraday

• CIRCUITO INTEGRADO CONTADOR DE 00 – 99.

PINAGEM DO CONTADOR

Depois de analisar os contadores existentes, do ponto de vista da disponibilidade, custo e mão de obra, optei para nossa atividade pelo 4017.

Um contador eletrônico é provavelmente um dos mais úteis e versáteis subsistemas num sistema digital. Graças às diversas versões disponíveis podem ser utilizados, por exemplo, para contagens diversas, divisão de frequência, medição de intervalo de tempo e frequência, geração de formas de onda, e, até mesmo, para converter informações analógicas em digitais.

Por ser um circuito integrado de tecnologia CMOS, o consumo de corrente é baixo e a tensão de alimentação, escolhida de acordo com a conveniência do usuário, pode variar desde 3 até cerca de 15 volts.

• TRANSISTOR

PINAGEM DO TRANSISTOR BC548

O principio do transístor é poder controlar a corrente. Ele é montado numa estrutura de cristais semicondutores, de modo a formar duas camadas de cristais do mesmo tipo intercaladas por uma camada de cristal do tipo oposto, que controla a passagem de corrente entre as outras duas. Cada uma dessas camadas recebe um nome em relação à sua função na operação do transístor, As extremidades são chamadas de emissor e colector, e a camada central é chamada de base.

A utilização do transístor nos seus estados de SATURAÇÃO e CORTE, isto é, de modo que ele ligue conduzindo totalmente a corrente entre emissor e o coletor, ou desligue sem conduzir corrente alguma é conhecido como operação como chave.

A figura abaixo mostra um exemplo disso, em que ligar a chave S1 e fazer circular uma corrente pela base do transístor, ele satura e acende a lâmpada. A resistência ligada a base é calculado, de forma que, a corrente multiplicada pelo ganho dê um valor maior do que o necessário o circuito do coletor, no caso, a lâmpada.

Quando o transistor está saturado, é como se houvesse uma chave fechada do coletor para o emissor. Quando o transistor está cortado, é como uma chave aberta.

• LED

PINAGEM DO LED

Em inglês: light-emitting-diode, em português: diodo emissor de luz. Ou simplesmente LEDs (como são conhecidos). São componentes importantíssimos no mundo da eletrônica, onde sua principal funcionalidade trata-se da emissão de luz em equipamentos eletrônicos, sejam eles produtos de microeletrônica como sinalizador de avisos, ou em algum equipamento maior, como o semáforo.

• RESISTOR

São peças utilizadas em circuitos elétricos que tem como principal função converter energia elétrica em energia térmica, ou seja, são usados como aquecedores ou como dissipadores de eletricidade.

Alguns exemplos de resistores utilizados no nosso cotidiano são: o filamento de uma lâmpada incandescente, o aquecedor de um chuveiro elétrico, os filamentos que são aquecidos em uma estufa, entre outros.

Em circuitos elétricos teóricos costuma-se considerar toda a resistência encontrada proveniente de resistores, ou seja, são consideradas as ligações entre eles como condutores ideais (que não apresentam resistência), e utilizam-se as representações:

FUNCIONAMENTO DO SISTEMA

Nosso circuito simulará o funcionamento de um semáforo com um conjunto de LEDs e pode ser apresentado em maquetes, protoboard ou circuito impresso. O protoboard trata-se de uma placa de ensaio ou matriz de contato, (ou protoboard, ou breadboard em inglês) que nada mais é do que uma placa com furos e conexões condutoras para montagem de circuitos elétricos experimentais.

A base do nosso circuito é um integrado LM555 que gera o sinal de clock e que, portanto, determina a velocidade da mudança das cores do semáforo. O LM555 é ligado em sua tradicional configuração de astável, gerando na saída um sinal retangular cuja frequência é determinada pelo capacitor e ajustada através dos resistores. O clock (pulso) gerado pelo LM555 é então levado ao contador CD4017 que terá o seu pulso de saída ligado na base do transistor BC548 responsável por fazer o acionamento dos LEDs.

Os LEDs são verde, amarelo e vermelho, que corresponde às cores de um semáforo.

A alimentação do circuito pode ser feitas com tensões entre 9 e 12 V proveniente de fonte ou bateria. Uma das dificuldades do circuito é dimensionar o capacitor que determinará a velocidade de acionamento e o tempo total do semáforo.

Os LEDs serão alimentados por nossa pilha de Volta possuindo assim uma alimentação totalmente separada dos outros componentes.