Temporizador múltiplo modular (ART129)

Temporizadores podem ser projetados para funcionar de infinitas maneiras: simples, duplos, triplos, múltiplos, ligando ou desligando cargas com as mais diversas combinações. A idéia básica explorada neste artigo é de um módulo que pode ser reproduzido tantas vezes quantas sejam as temporizações necessárias, e em configurações que permitam acionamentos paralelos. Isso possibilita que o leitor crie seu temporizador para uma aplicação específica com facilidade, baseado em blocos básicos.

Os temporizadores podem admitir as mais diversas configurações ligando ou desligando uma ou mais cargas no final de um intervalo, ou ainda acionando novos blocos de temporização em sistemas múltiplos.

Fazer um projeto único de temporizador pode ser interessante em muitos casos, mas atende a um grupo específico de usuários. Uma idéia que exploramos neste artigo, conforme falamos na introdução, consiste em criar um bloco básico que, pela quantidade e modo de ligação, poderá permitir ao projetista montar qualquer tipo de temporizador.

Cada bloco admite uma temporização máxima da ordem de 1 hora, e sua associação pode ser feita em quantidades ilimitadas.  Os blocos de acionamento possuem relés que podem acionar cargas, cuja potência máxima depende apenas de seus contatos.

A alimentação do circuito é feita com uma tensão de 12 V e o consumo total dependerá apenas da quantidade de blocos e de relés que devem ser acionados. Cada bloco consome em média 5 mA, enquanto o relé do tipo indicado exige uma corrente de 50 mA.

A partir da análise do princípio de funcionamento, com os exemplos de aplicação que vamos dar, ficará fácil para o leitor criar seu próprio temporizador com múltiplas cargas e tempos.

COMO FUNCIONA

O bloco básico do temporizador é o conhecido circuito integrado 555 na configuração monoestável mostrada na figura 1.

O 555 na configuração monoestável.

Quando o pino 2 de disparo é aterrado por um instante (transição do nível alto para o nível baixo), a saída do circuito integrado (pino 3) vai ao nível alto por um tempo que depende de R e C no circuito.  O valor aproximado da temporização é dado pela fórmula:

    t = 1,1 x R x C

O capacitor está limitado a um valor máximo que depende de sua qualidade, pois eventuais fugas podem afetar o funcionamento do circuito. Na prática, não recomendamos que capacitores de mais de 2 200 ?F sejam usados e, mesmo assim, especial cuidado deve ser tomado com sua escolha.

 O resistor (R) está limitado a algo em torno de 2,2 M #, pelo mesmo motivo. Se a fuga do capacitor tiver esta mesma ordem de valor, a tensão do circuito não atingirá o ponto de comutação e o circuito não temporizará. Com estes valores limites podemos obter uma temporização máxima da ordem de 1 hora por bloco.

Pois bem, podemos ligar estes blocos em cascata, conforme mostra a figura 2, de modo que no final da temporização do primeiro, o segundo entra em funcionamento começando sua temporização. Da mesma forma, no final da temporização do segundo bloco, entra em funcionamento o terceiro e assim por diante, cada qual com ajuste independente de tempo.

Ligação dos blocos em série.

 Podemos ainda ligar blocos em paralelo, de acordo com a figura 3.

Ligação dos blocos em paralelo.

Neste caso, no final da temporização do primeiro, os dois segundos blocos entram em funcionamento, cada qual com uma temporização independente.

O acionamento final será feito por um bloco que contém um relé. Alternativas para este bloco consistem no uso de acionadores de corrente contínua, tais como transistores bipolares de potência ou ainda Power-FETs conforme mostra a figura 4.

Etapas acionadores de potência.

Com o transistor TIP31 podemos controlar cargas de até uns 2 ampères aproximadamente, e com Power-FETs as cargas podem ser maiores dependendo do transistor usado. Também podem ser usados Darlingtons de potência e SCRs. No entanto, no caso do SCR deve ser considerado o isolamento da rede de energia.

MONTAGEM

Na figura 5 damos o diagrama completo de um módulo de temporização.

Diagrama completo do módulo.

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 6.

Placa de circuito impresso do módulo.

O capacitor C deverá ser dimensionado de acordo com a temporização desejada podendo variar entre 1 e 2200 ?F tipicamente. O trimpot serve para fazer um ajuste fino da temporização. Para interligação dos diversos módulos podem ser usados terminais de encaixe, o que facilita bastante o projeto. Na realidade, existe também a possibilidade de se modificar o desenho da placa do  módulo de modo que ela possa ser encaixada em slots e assim termos um timer múltiplo onde a programação seja feita externamente num barramento único.

A fonte de alimentação para o circuito, admitindo até 10 blocos de relés, é amostrada na figura 7.

Fonte de alimentação para o conjunto de módulos.

A quantidade de blocos de temporização, entretanto, pode ser muito maior.

O transformador tem enrolamento de acordo com a rede local de energia e o circuito integrado deve ser dotado de um radiador de calor. O módulo de acionamento do relé tem seu circuito mostrado na figura 8.

Módulo de acionamento de um relé.

Na figura 9 temos a disposição dos componentes deste módulo numa placa de circuito impresso.

Placa do módulo do relé.

O relé é do tipo universal (Série G da Metaltex, por exemplo), com corrente de bobina de até 50 mA. Se outros tipos de relé forem usados, modificações no desenho da placa devem ser feitas. Este tipo de relé pode controlar cargas de até 10 ampères.

PROVA E USO

Para provar cada módulo basta alimentá-lo com 12 V e ligar na saída um voltímetro (multímetro na escala de tensões que permita ler 12 V). Aterrando por um instante a entrada E, a saída deve apresentar uma tensão de 12 V durante um intervalo de tempo que dependerá do valor de C e do ajuste do trimpot. Na figura 10 temos um exemplo de composição de um sistema temporizador múltiplo com 4 relés e 6 blocos de tempo.

Exemplo de temporizador múltiplo com 10 módulos (6 de tempo e 4 de acionamento).

O diagrama de tempos deste circuito é mostrado na figura 11.

Diagrama de tempos para uma aplicação típica (Circuito da figura 10).

Os relés serão acionados obedecendo a tabela abaixo.

O uso dos contatos NA e NF dos relés permite ainda ligar ou desligar as cargas quando os relés estiverem energizados. Uma possibilidade interessante a ser considerada neste circuito é a realimentação: quando o último relé for acionado, o primeiro bloco de temporização será redisparado, obtendo-se assim um funcionamento cíclico do sistema. Esta configuração pode ser interessante para um sistema simulador de presença.