O circuito que apresentamos serve para detectar qual de duas chaves ou dois sensores foi ativado em primeiro lugar. Dentre as aplicações possíveis na industria temos o disparo de alarmes ou circuitos de segurança quando sensores são ativados em certa ordem, ou ainda quando é preciso detectar qual de dois sensores foi ativado em primeiro lugar. Como aplicação fora da industria podemos citar competições em que podemos detectar qual de dois candidatos se habilita antes a responder uma questão ou chega em primeiro lugar numa corrida. O circuito se baseia em integrados de tecnologia CMOS e pode ser adaptados aos mais diversos tipos de blocos de controle e acionamento.
Quando dois sensores são ativados quase que ao mesmo tempo, ou ainda dois interruptores são pressionados nas mesmas condições fica difícil para um observador saber qual deles foi o primeiro. Esta condição pode ocorrer tanto em dispositivos de automação, controle e alarmes como em equipamentos recreativos como por exemplo um jogo de velocidade de reação, como indicado na introdução.
O projeto que apresentamos permite que se saiba, sem margem de dúvidas, qual de dois interruptores ou sensores foi ativado em primeiro lugar.
No circuito original vamos usar LEDs indicadores, mas em seu lugar podem ser empregados etapas de potência com relés, SCR, Power FETs e outros componentes controlando dispositivos os mais diversos que vão desde automatismos até sistemas de alarme.
O projeto se baseia em integrados de tecnologia CMOS de baixo custo e pode ser alimentado com tensões de 3 a 15 V. Na condição de espera o consumo é extremamente baixo o que permite que ele seja alimentado por pilhas ou baterias, sem problemas.
Tecnologia CMOS 4XXX
Se bem que existam hoje componentes complexos como microprocessadores, microcontroladores e DSPs que possam ser usados para realizar qualquer função que precisemos num trabalho de automação e controle, a tecnoogia CMOS das famílias 4XXX, do qual o 4011 é um representante, ainda consiste numa solução preferida quando precisamos de coisas simples e isso ocorre com frequência. Assim, não devemos “matar uma mosca com um canhão” usando dispositivos muito complexos quando podemos fazer o mesmo com circuitos integrados comuns, de baixo custo e que podem ser encontrados com facilidade. A família de circuitos integrados digitais CMOS 4XXX é um exemplo disso. A grande quantidade de funções que ela possui permite sua associação ou mesmo uso individual numa enorme gama de aplicações em que ela é ainda melhor. Por este motivo é que os dispositivos CMOS ainda são tão populares entre os projetistas.
COMO FUNCIONA
A base do projeto é o circuito 4011 que consiste em Portas NAND de 2 entradas. Como precisamos de 6 portas para o projeto e cada circuito integrado 4011 possui apenas 4, serão necessários dois deles. As duas portas restantes de um dos integrados pode ser usada num oscilador de áudio se desejarmos além do sinal visual um sinal auditivo quando um dos sensores for pressionado.
Uma sugestão de oscilador para esta finalidade acionando um transdutor piezoelétrico é mostrada na figura 1.
Temos então dois Flip-Flops Set-Reset que são ligados de tal forma a cada um acionar um LED indicador.
Quando o interruptor RST é pressionado por um momento os dois flip-flops são Ressetados e os LEDs ligados nas suas saídas permanecem apagados.
O acionamento dos Flip-flops é feito por duas portas NAND ligadas de tal forma que, quando uma receber um nível alto de entrada e com isso fornecer o sinal de disparo para o Flip-flop correspondente ela imediatamente desabilita o outro Flip-Flop. Desta forma, se o outro Flip-Flop receber um sinal de disparo uma fração de segundo depois, este sinal “não passa”.
O sinal para o disparo vem de interruptores de pressão ou mesmo reed-swtiches caso desejamos fazer o acionamento por meio de imãs. Outra possibilidade consiste em se usar sensores resistivos ou mesmo circuitos lógicos que se mantendo no nível baixo, sejam ativos com a saída passando para o nível alto.
Na configuração básica temos o acionamento de LEDs, mas nada impede que tenhamos outras interfaces como explicado na introdução.
Na figura 2 mostramos alguns tipos de interfaces de potência que podem ser acionadas por este circuito.
No caso da interface com relés podem ser usados tipos de 6 ou 12 V conforme a alimentação, com bobinas que precisem de correntes na faixa de 20 a 100 mA para o acionamento.
Para o caso de SCRs lembramos que uma vez disparados eles assim permanecem mesmo depois que o circuito seja ressetado. Deve haver um reset separado para estes componentes.
Em todos os casos que as interfaces devem controlar correntes elevadas os componentes devem ser montados em radiadores de calor.
MONTAGEM
Na figura 3 temos om diagrama completo do aparelho, sem a fonte de alimentação que pode ser externa ou formada por pilhas (o consumo é da ordem de 1 mA com os LEDs apagados).
A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.
Os fios para os sensores ou interruptores de acionamento podem ser bem longos (até mais de 10 metros).
Os LEDs são vermelho e verde comuns para se diferenciar a que interruptor ou sensor eles correspondem.
Numa aplicação recreativa como por exemplo um jogo de velocidade o conjunto pode ser montado numa caixa plástica conforme mostra a figura 5.
Na figura 6 mostramos o aparelho sendo adaptado para uma aplicação no laboratório de Física Experimental, detectando qual de dois corpos chega antes ao solo numa experiência de queda livre.
Se forem usados transdutores resistivos os resistores de 22 k? em série podem ser substituídos por trimpots de ajuste de 100 k? a 1 M? conforme a resistência do sensor.
PROVA E USO
Para provar o aparelho é simples. Ligue a alimentação. Se um ou os dois LEDs acenderem, aperte por um instante o interruptor S3 (RST). Os dois LEDs devem apagar.
Depois, com os LEDs apagados, aperte o interruptor S1. Apenas o LED1 deve acender. Aperte RST para apagá-lo e agora tende S2. ressetando novamente tente apertar os dois ao mesmo tempo. Somente um dos LEDs deve acender.
Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação definitiva e usar.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
CI-1 – 4011 – Circuito Integrado CMOS
LED1, LED2 – LEDS comuns (vermelho e verde)
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1, R2, R3 – 22 k?
R4, R5 – 1 k?
Diversos:
S1, S2, S3 – Interruptores de pressão NA
Placa de circuito impresso, fonte de alimentação ou pilhas, fios, solda, caixa para montagem, etc.
