Este circuito controla cargas de alta potência como, por exemplo, motores, lâmpadas, sirenes e outros, a partir de um microcomputador ou enviado através de cabo a partir de saídas TTL ou CMOS. A principal característica do circuito é o uso de acoplador óptico que isola do circuito de controle garantindo assim máxima segurança.
A possibilidade de se controlar dispositivos de alta potência a partir de um microcomputador ou de circuitos lógicos digitais abre inúmeras portas para os leitores dotados de imaginação.
Ela significa um contato maior do computador com o mundo exterior que leva a aplicações que realmente justificam os anúncios de que podemos usá-lo no controle de tudo que é elétrico em nossa casa.
Uma interface é um elemento que liga algum dispositivo elétrico a um computador que passa a controlá-lo a partir de um programa, em função da programação de tempo ou de sinais que sejam recebidos nas suas entradas.
Uma aplicação imediata para este tipo de equipamento é o acionamento programado de dispositivos externos.
Podemos ligar e desligar aparelhos em horários programados com facilidade.
Outra aplicação é em sistemas de alarme. O microcomputador verifica a cada instante a situação dos sensores espalhados pela casa e em caso de acionamento de um, dispara um alarme externo.
A interface que propomos neste artigo é bastante simples e utiliza um relé de baixo custo que pode controlar cargas de até 600 watts na rede de 110 V e o dobro a rede de 220 V.
Isso significa que aparelhos domésticos comuns como rádios, televisores, ventiladores, lâmpadas, etc. poderão ser facilmente acionados pelo aparelho.
A alimentação do circuito é feita com tensões de 9 a 12 V proveniente de pilhas comuns ou fonte.
CARACTERÍSTICAS:
Tensão de alimentação: 9 a 12 V
Corrente de consumo em repouso: 5 mA
Carga máxima controlada: 6 A
Corrente de acionamento: 25 mA (tip.)
Tensão de acionamento externo: 2 a 15 V (tip.)
A base do circuito é um amplificador operacional do tipo 741 que tem a entrada não inversora (pino 3), ligada à linha de alimentação negativa.
Na entrada temos um acoplador óptico com um potenciômetro de ajuste e na saída (pino 6), um transistor de excitação de pequena potência do tipo PNP;
Quando a saída do circuito integrado (pino 6) se encontra no nível alto, o diodo D1 se encontrará polarizado no sentido inverso e conseqüentemente o transistor estará no corte.
Com isso não circula corrente alguma pela bobina do relé, que se mantém aberto.
Quando a saída do circuito vai ao nível baixo (tensão nula), o diodo D1 é polarizado no sentido direto de modo que flui uma corrente pela base do transistor que o leva à saturação.
O resultado é que circula uma forte corrente de coletor que energiza a bobina do relé levando-o ao fechamento de seus contatos.
A transição do nível alto para o nível baixo de saída do operacional é controlada pelo acoplador óptico ligado à entrada inversora (pino 2).
O ganho do operacional é determinado por R3. Os valores deste resistor podem ser alterados na faixa de 470 k ohms a 4,7 M ohms em função da sensibilidade do acoplador óptico usado.
Assim, para que a saída se mantenha no nível alto e, portanto, o relé desativado é preciso que a tensão da entrada inversora seja próxima de zero, o que equivale a uma baixa resistência entre o emissor e o coletor do transistor do acoplador óptico.
Isso se consegue quando esse transistor está iluminado pelo LED, ou seja, quando a saída do microcomputador está no nível baixo.
Para que a saída do operacional vá ao nível baixo e, portanto, o relé feche seus contatos é preciso que a tensão da entrada inversora (pino 2) suba, o que ocorre quando o transistor do acoplador deixa de ser iluminado.
O potenciômetro P1 permite ajustar o limiar do disparo em função da sensibilidade do amplificador
O capacitor C1 ligado à base do transistor tem por finalidade tornar as transições suaves com um fechamento dos contatos do relé sem repiques ou oscilações, mesmo que o sinal usado no controle seja pulsante ou alternado.
Em suma, teremos o acionamento na carga quando o barramento de saída do computador em que estiver ligado o aparelho estiver no nível baixo ou 0 (zero).
O relé será desativado quando a saída estiver no nível 1.
Na figura 1 temos o diagrama completo do aparelho.
Na figura 2 damos uma sugestão para o desenho da placa de circuito impresso.
No caso da alimentação de 9 V deve ser acrescentado o resistor Rx de 22 ohms ou de 10 ohms em série com o relé para limitar sua corrente.
Observamos ainda que os tipos recomendados (Veja nota) têm correntes de contato de 2 A e contatos duplos. Já os tipos GR possuem correntes de contatos de 6 A e estes são simples.
O acoplador óptico pode ser o 4N25 ou 4N26 e o resistor R tem seu valor que depende do tipo de acionamento externo.
Para microcomputadores este resistor será de 470 ohms. Para outras aplicações utiliza-se a seguinte fórmula para calculá-lo:
R = (V - 1,6)/0,25
Onde:
R é o valor do resistor em ohms
V é a tensão disponível no dispositivo de controle entre 3 e 15 volts.
A polaridade na ligação de saída deve ser observada para que o LED acenda no acoplador óptico. Para conexão externa podem ser usadas barras de terminais com parafusos.
Uma fonte de alimentação é mostrada na fig. 3.
Esta fonte suporta a alimentação de até 5 destas interfaces que poderão ser controladas por diversas saídas de um microcomputador comum.
Para a alimentação com pilhas sugerimos o uso de 6 ou 8 pilhas pequenas ou médias, lembrando que o gasto maior de corrente ocorre quando a bobina do relé está energizada.
Para o integrado sugerimos a utilização de um soquete DIL de 8 pinos que facilitará sua substituição em caso de necessidade ie evitará problemas de sobre-aquecimento na soldagem.
Um soquete DIL de 6 ou 8 pinos usado parcialmente poderá também ser usado para o acoplador óptico.
Para provar o aparelho não será preciso fazer sua ligação à saída de um microcomputador.
Basta ligar na entrada do acoplador 4 pilhas e um resistor de 470 ohms, conforme mostra a figura 4.
Ligue na saída um dispositivo qualquer que possa ser usado como carga, como por exemplo, uma lâmpada de 5 watts ou mesmo um abajur pequeno.
Com a chave que aciona o LED do acoplador ligada (S2), ajuste P1 para que o relé destrave e que e a carga fique desligada.
Quando a chave S2 for desligada e o LED no interior do acoplador apagar, o relé deve fechar seus contatos, ativando a carga externa. Ajuste P1 para maior sensibilidade.
Na figura 5 temos o modo de se fazer a conexão ao microcomputador e às cargas externas.
Para cada tipo de microcomputador o leitor deve identificar as saídas no barramento (l/O).
Nos manuais existem programas que podem ser adaptados para utilização destas saídas.
Cl-1 - 4N25 - acoplador óptico
CI-2 - 741 - amplificador operacional
D1 e D2 - 1N4148 ou equivalente (1N914)
X1 - Relé sensível de 6 ou 12 V
Q1 - BC558 ou equivalentes (BC557 ou BC559)
S1 - Interruptor simples
B1- 9 a 12 V ou fonte - ver texto
P1 - 4,7 M ohms - trimpot
Resistores: 1/8 W
R1 - 22 k ohms
R2 - 10 k ohms
R3 - 1 M ohms
R4 - 3,3 k ohms
Rx - ver texto (10 ou 220 ohms para relés de 6 V)
Capacitores: eletrolíticos 16 V
C1- 47 uF
C2 - 100 uF
