Circuitos simples de comutação de 3 saídas para lâmpadas ou outros tipos de cargas não proporcionam a um semáforo o realismo ou o comportamento necessário a uma aplicação mais séria. Veja neste artigo, um projeto em que os tempos e os modos de acionamento correspondem aos obtidos com um semáforo real e como usá-lo em aplicações sérias.
Num semáforo, a simples comutação das lâmpadas para as duas vias não pode ser feita por um sistema de apenas 3 canais.
No momento em que acende o amarelo, para fechar uma das vias, a outra não pode ser imediatamente aberta, o que quer dizer que os instantes que a luz de 'atenção' for acionada, as outras não podem ser imediatamente apagadas.
Na figura 1 temos um diagrama de tempos para um comportamento deste tipo, observando-se que existem instantes em que temos o vermelho e o amarelo ao mesmo tempo, de modo a proporcionar um retardo na partida do tráfego de um lado até que do outro lado ocorra a parada total.
O circuito que apresentamos neste artigo tem esta possibilidade de acionamento e, além disto, pode ser ajustado para proporções diferentes de acendimento para o verde e vermelho conforme o volume de tráfego das vias controladas.
No nosso projeto a proporção de tempo para o verde e vermelho é de 5/4 mas outras proporções como 6/3 ou 7/2 podem ser facilmente programadas com a simples alteração do layout da placa de circuito impresso na saída dos integrados.
O projeto básico tem saídas "flutuantes" que podem ser conectadas a diversos tipos de drivers que acionam desde simples LEDs até lâmpadas de alta potência alimentadas pela rede local.
Características:
Tensão de alimentação: 6 a 12 V CC
Passos de acionamento: 10
Fases: 3
Faixa de tempo do ciclo de acionamento: 1 segundo a 5 minutos
COMO FUNCIONA
A base deste projeto é o 4017 (duas unidades) controladas a partir de um astável 555.
Os dois 4017 são conectados em paralelo e um Reset comum feito por C2 e R3 garante a partida do mesmo ponto de programação quando a alimentação é estabelecida.
O clock com o 555 tem sua freqüência determinada por C1 e R1, R2 e P1.
Em P1 podemos fazer o ajuste da velocidade de operação do semáforo numa ampla faixa de tempos.
Para ciclos maiores que os sugeridos no projeto, C1 pode ser aumentado até 1000 uF quando obtemos um ciclo máximo da ordem de 15 minutos.
Os pulsos intervalados do 555 acionam os dois 4017 em seqüência, passando cada saída ao nível alto ao receber um impulso, voltando o anterior ao nível baixo.
O dispositivo de sinalização ativado depende então da programação feita pelos diodos ligados na saída de cada 4017.
Desta forma, enquanto o dispositivo ligado entre os terminais A e B se mantém aceso nos 4 primeiros pulsos, o que está ligado entre G e H se mantém ativado nos 5 primeiros pulsos.
No quinto pulso, o dispositivo entre A e B apaga e acende o que está entre C e D.
Com a reprogramação dos diodos, podemos ter padrões de acendimento diferente para o semáforo.
É claro, com a utilização de menos posições podemos ter até ciclos mais curtos de operação.
Podemos usar somente 9 saídas de cada 4017, bastando que a última (pino 11, por exemplo) seja conectada ao reset (pino 15). Neste caso, o Reset não está mais aterrado.
Os tipos de acionamento são dados para diversas cargas.
Para o caso de LEDs, por exemplo, a conexão é direta, já que os 4017 podem ativar estes elementos diretamente.
Isto é válido para uma maquete ou para efeitos didáticos.
Se quisermos mais potência, temos um driver com transistores de média potência (TlP31 ou BD135) que pode excitar lâmpadas de 6 a 12 V (com alimentação comum ou separada) e correntes até 1 A.
Finalmente podemos ativar cargas alimentadas pela rede como lâmpadas comuns até 300 W, disparando SCRs.
Estas possibilidades são analisadas na parte prática.
MONTAGEM
Na figura 2 temos o diagrama completo do aparelho.
A disposição dos componentes na placa básica é mostrada na figura 3.
Para os circuitos integrados sugerimos a utilização de soquetes DIL e P1 é um trimpot de ajuste para instalação vertical. Os resistores são de 1/8 W ou 1/4 W e os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho de 12 V ou mais.
Os diodos são de uso geral como os 1N4148, 1N914 ou mesmo 1N4002 já que basta que sejam de silício e tenham uma tensão de pelo menos 50 V.
Para as saídas aos dispositivos externos podem ser usadas barras de terminais com parafusos ou se o leitor preferir, pode incluir o circuito da versão a ser excitada na mesma placa.
Na figura 4 temos o modo de acionamento de LEDs.
O valor do resistor usado, que fixa a luminosidade dos LEDs, é função da tensão de alimentação.
Na figura 5 temos o acionamento de lâmpadas de até 500 mA com tensões de 6 a 12 V.
Os transistores BD135, BD137, BD139, TIP31 ou qualquer equivalente com corrente de coletor maior que 1 A podem ser usados.
Os transistores devem ser dotados de radiadores de calor. Dependendo do ganho do transistor os resistores de base podem ser reduzidos até 1 k ohms para maior rendimento (saturação).
Finalmente, temos na figura 6 o circuito para o disparo de SCRs do tipo TIC106 com uma capacidade de corrente de carga de até 3 ou 4 A.
Usaremos o TIC106B se a rede for de 110 V e o TIC106D se a rede for de 220 V.
Os SCRs devem ser montados em bons radiadores de calor. A alimentação para os transistores de disparo podem ser iguais à no circuito CMOS principal.
Um fusível de proteção na entrada é importante para a proteção do sistema.
Na figura 7 temos uma sugestão de fonte de alimentação para todos os projetos.
O transformador tem enrolamento primário de acordo com a rede local e secundário de 9+9 V ou 12+12 V conforme a tensão do regulador que pode ser de 6 ou 12 V.
O regulador integrado 78XX deve ser dotado de radiador de calor.
PROVA E USO
Para provar o aparelho podemos usar o circuito básico com acionamento de LEDs. A velocidade de comutação do semáforo será ajustada no trimpot.
Se algum LED não acionar meça com o multímetro se há tensão na saída correspondente do integrado ou se o problema é do próprio LED.
Uma vez verificado o funcionamento podemos instalar o aparelho numa caixa ou mesmo numa maquete conforme a aplicação. O ajuste final deve ser feito depois.
Para operação ao ar livre deve ser prevista uma caixa que possa resistir ao tempo e não deixar água atingir os componentes.
CI-1 - 555 - timer - circuito integrado
CI-2, CI-3 - 4017 - seqüencial - circuito integrado CMOS
P1 - 1 MQ - trimpot
R1, R2 e R3 – 10 k ohms x 1/8 W - resistores (marrom, preto, laranja)
C1 - 47 uF_x 12 V - capacitor eletrolítico
C2 - 10 uF x 12 V - capacitor eletrolítico
D1 a D20 - 1N4148 ou equivalente diodos de silício
Diversos: placa de circuito impresso, soquete para os integrados, fios, solda, caixa para montagem, etc.
A) versão de LED (adicional)
2 LEDs verdes,
2 LEDs vermelhos
2 LEDs amarelos
2 resistores de 1 k ohms ou 470 ohms - ver texto
B) Versão de lâmpadas de 6 ou 12 V (adicional)
X1, X2, X3, - lâmpadas até 500 mA - ver texto
3 resistores de 2,2 k ohms
3 transistores de média potência - ver texto
C) Versão de alta potência (adicional)
6 lâmpadas de até 300 W
6 SCRs TIC106B ou D - ver texto
6 transistores BC548
6 resistores de 10 k ohms x 1/8 W
12 resistores de 1 k ohms x 1/8 W
