Um integrado, um transformador e mais um punhado de componentes passivos, inteligentemente interligados, concedem ao circuito um sem fim de combinações, das quais apenas urna possibilita a ativação de uma fechadura ou qualquer outro dispositivo elétrico.
Recentemente fui procurado pelo compadre Eduardo Bandeira Vilela para projetar um segredo para a fechadura elétrica de sua residência aqui em Jacarepaguá (Rio de Janeiro), pois, segundo ele, é uma constante o esquecimento da chave da porta de entrada. O problema se agrava ainda mais porque o "Dudu" é solteiro, costumando chegar de madrugada quando das suas andanças pelos recantos "suspeitos" da quase Cidade Maravilhosa e, aí, acaba por incomodar alguém da família que nada tem a ver com as farras do único solteiro da família! Como "prêmio" ganha um tremendo "pito"! Bem merecido por sinal! Já imaginaram ter de acordar em plena madrugada para atender o "vagabundo" e "irresponsável" Eduardo?
O curioso disso é o fato de ele ser um "senhor" engenheiro, com especialização em eletrônica, e "apelar" para um outro colega de profissão (e trabalho), que não é "eletrônico", para encontrar, de uma vez por todas, uma solução (a base de eletrônica) capaz de contornar o grave inconveniente do seu já natural esquecimento.
Por razões óbvias, o sistema de segredo para a fechadura elétrica terá de apresentar excelente confiabilidade e, sobretudo, segurança, de tal forma que só os conhecedores da combinação poderão ter acesso a sua quase mansão. Por outro lado, ele, segredo, deve ser o suficientemente simples para que os usuários possam, sem muito sacrifício e demora, acionar a fechadura elétrica.
O leitor já percebeu que a tarefa não é das mais simples, pois os comandos de acionamento devem ser situados pelo "lado" da rua, bem visíveis e de fácil acesso mesmo (infelizmente) para os "gatunos" (que não são poucos) da região, os quais dispõem de bastante tempo para tentar descobrir o segredo que abre aquela porta que os impede de entrar para fazer o "serviço", já que tentar utilizar o "porteiro eletrônico" (interfone) para entrar na casa não oferece bons resultados, haja visto a necessidade de identificar-se adequadamente; além disso o sistema interno de vídeo coíbe qualquer ação por parte dos "gatunos".
Tentar utilizar um sistema de segredo do tipo, digamos, "convencional" não oferece bons resultados, pois tais sistemas oferecem um número limitado de combinações, das quais uma única é a responsável pelo acionamento da fechadura ou de qualquer outro dispositivo elétrico, e como o tempo não é de primordial importância, acaba-se, após algumas malogradas tentativas, por descobrir o "grande" segredo e aí . .
Não vamos dizer que o sistema aqui proposto seja totalmente inviolável, já que ele também oferece um número limitado de combinações possíveis; contudo, ele foi incrementado com uns "macetes" que certamente exigirão uma boa dose de paciência e, principalmente, muito (muito mesmo!) tempo para descobrir o segredo, sobretudo se o "Sherlock Holmes" não tiver a mínima ideia do comportamento do circuito!
Penso eu que mesmo nele "trabalhando" oito horas por dia durante alguns meses, não será possível descobrir o segredo! Se o leitor duvidar monte o circuito e o entregue a um amigo para ele tentar desarmá-lo!
Após uns milhares de tentativas ele, certamente, desistirá para não ter que ir para o manicômio!
De fato, o sistema proposto apresenta as seguintes características:
— Possui nada menos que dez interruptores (cada um associado a um dígito decimal), do tipo de pressão, dos quais apenas seis são os responsáveis pelo desarme se acionados ordenadamente (então, são possíveis 151.200 combinações diferentes!); os quatro outros interruptores, se pressionados, cancelam a ação dos demais, aumentando assim, ainda mais, o grau de dificuldade para descobrir o código.
— A ação dos seis interruptores pertinentes ao código é temporária, ou seja: o usuário terá de pressionar (em sequência) cada um dos interruptores de código de forma relativamente rápida, sem o qual a cadeia será interrompida e ele se verá obrigado a reiniciar o ciclo de ativação — esta é a primeira diferença entre o nosso projeto e os já publicados.
— Os dois últimos interruptores da sequência devem ser praticamente pressionados ao mesmo tempo, porém só isso não é suficiente! É necessário mantê-los operados por alguns instantes (da ordem de dois segundos) para que efetivamente seja acionada a fechadura elétrica quando, então, um diodo fotoemissor deixa de emitir luz caracterizando tal ação por parte do circuito, mas isso não é tudo!
— Se esse último par de interruptores de código não for liberado em tempo hábil, o circuito voltará ao estado inicial, isto é, a fechadura elétrica ficará inibida com a consequente emissão de luz por parte do já mencionado diodo eletroluminescente, havendo necessidade de repetir integralmente (e de forma correta) o ciclo! Sendo bem pouco provável que um eventual "abelhudo" tenha anotado a sequência correta, talvez obtida por mera sorte ou coincidência (põe sorte e coincidência nisso!).
Bem ... aí está, em poucas linhas, a linha mestra do desarme do circuito proposto neste artigo. Como se viu é praticamente impossível acionar o aparelho a menos que seja conhecido o código de desarme que corresponde, entre outras opções, a um número de seis algarismos como, por exemplo, 123.456 (cada algarismo está associado a um interruptor).
Ao se desconfiar que um número chave possa ser do conhecimento de alguma pessoa "estranha", pode-se alterá-lo pela simples troca de posição de dois ou mais interruptores! Tarefa esta que requer um pouco mais de um minuto para ser realizada.
Ainda que o circuito tenha sido especialmente desenvolvido para atender a fechadura da casa do compadre "Dudu", nada impede que o mesmo seja utilizado em casos em que houver necessidade de comandar aparelhos elétricos por um número restrito de pessoas previamente conhecedoras do código chave.
Onde houver crianças o dispositivo em pauta encontra (e como!) inúmeras aplicações, tal qual comandar motores que podem implicar em acidentes, como por exemplo; ventiladores.
A imaginação do leitor é o limite do campo de aplicações (práticas e úteis) deste circuito deveras simples. Aliás ... muito simples!
O CIRCUITO
Agora é que o leitor irá ficar perplexo! Perplexo diante da simplicidade deste quase miraculoso circuito!
Duvidou? .... Então veja o seu diagrama esquemático completo na figura 1. Até a própria fonte de alimentação é a mais simples possível! Foi utilizada uma FAST (Fonte de Alimentação Sem Transformador) cujo funcionamento é bem conhecido por todos e o seu custo ... uma mixaria em comparação às convencionais a transformador!
Cabe ao capacitor não polarizado C1 estabelecer certa reatância (espécie de resistência) que provoca adequada queda de potencial na tensão da rede devido ao consumo do circuito; a tensão resultante assim obtida (da ordem de 17 volts c.a.) é retificada pelos diodos D1 a D4 sendo filtrada por C2, obtendo-se desta forma um valor de tensão contínua de mesmo valor que o de c.a. — a resistência R1 tem por finalidade descarregar C1 quando for retirada a energia elétrica da rede, evitando desagradáveis choques elétricos no caso de um contato acidental entre as armaduras desse capacitor.
NOTA: O valor de Cl estabelecido na lista de material destina-se às localidades onde a tensão da rede é de 110 volts, para o caso de 220 volts deve-se utilizar um capacitor de 0,22µF.
Pois bem, a tensão c.c. é aplicada, via resistência limitadora R3, ao diodo zener D6 que a fixa, digamos assim, em aproximadamente 12V indo alimentar o circuito propriamente dito, em especial o circuito integrado C.I.1 responsável pelas seis portas não inversoras P1 a P6 (vide figura 1); a entrada dessas cinco primeiras portas lógicas se encontra no estado lógico baixo, ou L, proveniente do aterramento proporcionado pelas respectivas resistências R14 a R18 e, portanto, o estado lógico de saída também será L (aproximadamente OV). Algo semelhante ocorre com o operador lógico P6, o qual funciona como uma espécie de memória devido à realimentação estabelecida por R10. De fato, ao ligar-se, pela primeira vez, o aparelho à rede, C4 se encontra descarregado e a entrada de P6 interpreta isso como o estado L, o qual é "repetido" na saída, sendo realimentado à sua entrada garantindo desta forma o estado baixo tanto na entrada como na saída; nestas circunstâncias o led1 emite luz tendo a corrente limitada por R2.
Como Q1 é um transistor do tipo NPN, ele é levado ao corte devido à presença de R13 e, fundamentalmente, do nível baixo da saída de P6; desta forma não circula corrente pelo solenoide do relê R L1, cujos contatos se apresentam tal qual o indicado pela figura 1, isto é, fechadura (ou carga) desativada.
Temos aí o estado de repouso do circuito!
Como ativá-lo? Ora, prezado leitor, você já deve ter observado que o simples acionamento de qualquer um dos nove interruptores de contato momentâneo CH2 a CH9 em nada afetará a situação em que se encontra o circuito, isto graças ao nível lógico baixo em que se encontram as saídas dos operadores P1 a P6! O mesmo não ocorre se a "gente" premer apenas CH1!
Claro! Neste caso C5 carrega-se rapidamente através de R4, contatos de CH1 e fonte de tensão. Ao ser liberado o interruptor CH1, primeiro da série de seis, C5 descarrega-se lentamente através de R14 de 10 M ohms; acontece que a carga temporariamente armazenada em C5 é suficiente para excitar a porta lógica P1, a qual também passará a expor em sua saída o nível alto (aproximadamente 12 volts, no nosso caso), porém por um período que é função da constante de tempo C5.R14; se enquanto P1 estiver sendo excitada pressionarmos CH2, o nível alto de saída irá carregar rapidamente C6 através de R5 e diodo de bloqueio D7, cuja função é evitar que C6 se descarregue caso a saída de P1 já tenha assumido o nível baixo (ou terra).
De forma semelhante, a energia armazenada em C6 é suficiente para manter excitada a entrada de P2 por cerca de 1 segundo mesmo com a liberação de CH2 — note que neste caso C6 se descarregará, lentamente, através de R15 também de 10 M ohms.
Como a saída de P3 está temporariamente em nível alto, o pressionar de CH3 provoca a rápida carga de C7 através de R6 (2,7 k ohms) da mesma forma que nas situações anteriores onde, agora, C7 funciona como uma espécie de memória analógica, cabendo a P3 amplificar (dentro do possível) o sinal de entrada.
A "brincadeira" prossegue pressionando CH4 e CH5, ficando bem claro que o nível alto da entrada (oriundo pelo pressionar de CH1) se deslocou de porta para porta graças ao retardo proporcionado pelos capacitores de, digamos, memória — este retardo é necessário para que o usuário tenha tempo para premer o interruptor imediatamente após; se ele demorar, certamente a carga armazenada pelo último capacitor irá escoar-se e o nível alto de disparo será perdido, havendo necessidade de reiniciar o ciclo.
Ainda que a capacitância de C4 (0,22µF) seja igual à dos capacitores C5 a C9, a resistência R9 responsável pela sua carga é de 10 M ohms contra 2,7 k ohms de R4 a R8, consequentemente a constante de tempo R9.C4 é muitas vezes maior que as anteriores exigindo mais tempo para atingir o nível de disparo de P6 (figura 1 ), tempo este que é impossível de se obter através da única temporização estabelecida pelo estágio anterior (no caso C9.R18), obrigando a "roubar algum tempo" da ante--penúltima rede de temporização ou atraso (no caso C8.R17). O objetivo é conseguido ao manter constantemente pressionado CH5 e imediatamente após CH6.
Claro! Ao assim proceder a entrada de P5 ficará no estado alto enquanto a carga de C8 assim o permitir; finda a ação deste capacitor será a vez de C9, agora totalmente carregado, atuar, garantindo por mais alguns instantes o nível alto na entrada de P5 — note o leitor que D10 evita a descarga de C9 através da saída (agora em nível baixo) de P4. Pois bem, as somas desses períodos acabam por carregar parcialmente C4 chegando o momento em que P6 bascula e sua saída comuta do estado baixo para o estado alto, o qual, através de R10, de 10 M ohms, ajuda no processo de carga de C4 garantindo, digamos assim, o nível alto (ou H) na entrada de P6 e, consequentemente, também o nível H na saída que impossibilita a emissão de luz por parte do led 1 indicando ao usuário, conhecedor do código, que a sua programação atingiu os propósitos, isto é, a fechadura elétrica encontra-se aberta, graças à saturação de Q1 que provoca a comutação dos contatos do relê e estes a da carga.
Note o leitor que a porta só estará aberta quando o led 1 apagar, segredo este que só deve ser confiado, juntamente com a combinação numérica e demais "macetes", aos moradores!
Ainda pela figura 1 percebemos que o fato de manter pressionado por muito tempo CH6 irá provocar a rápida descarga de C4 através de R11 (100 ohms), D1 e nível baixo de saída estabelecido por P5, acarretando no praticamente aterramento da entrada desse operador que levará ao corte Q1 e este irá desoperar o relê, cujos contatos retirarão a alimentação da fechadura elétrica, não mais podendo-se abrir a porta — o led 1, nestas circunstâncias, voltará a emitir luz indicando o não acionamento da mencionada fechadura.
Como vemos não é suficiente só manter simultaneamente pressionados CH5 e CH6, também é necessário observar o exato momento que o led deixa de emitir luz quando terá de ser liberado, pelo menos, o interruptor CH6!
A função dos interruptores CH7 a CH10 (figura 1) é complicar, ainda mais, a "vida dos curiosos"! Suponha que um desses "curiosos", acidentalmente (?!), tenha acertado no pressionar dos três primeiros interruptores, isto é, que tenham sido corretamente acionados CH1, CH2 e CH3 nesta ordem. Nós sabemos que o próximo passo, sem muita demora, é o acionamento de CH4 já que no capacitor C7 se encontra a informação de entrada, ou seja, ele se encontra carregado habilitando por momentos P3; o "pobre coitado", não sabendo disso, resolve premer qualquer um dos interruptores CH7 a CH10, e aí ... se dá mal, pois ao assim proceder irá descarregar C7 perdendo a informação, em nível alto, que faria abrir' a "bendita" fechadura! E o pior, terá de reiniciar o ciclo sem saber disso! Como também não sabe que é necessário premer exatamente seis interruptores para realizá-lo!
Mas . . . vamos supor que nosso "amigo" (??) decide, após alguns momentos de hesitação, premer CH4 (interruptor correto dentro da nossa hipótese) . . . nada acontecerá porque provavelmente o tempo gasto por ele para decidir-se foi suficiente para a descarga de C8 através de R17, e a informação de comando ... já era! Se ele resolver manter pressionados todos os interruptores que lhe vêm à cabeça (haja dedos para isso!), tentando descobrir o código secreto, acabará por premer qualquer um dos quatro CH7 a CH9 implicando no aterramento da entrada de P6 que garantirá o corte de Q1 — fechadura fechada (sem trocadilho)!
Caro leitor, aí está a descrição do circuito tão "badalado". Se achas que a segurança oferecida ainda é pouca basta duplicar, triplicar, etc., a quantidade de interruptores que desativam o circuito (interruptores CH7 a CH10). Para dificultar ainda mais pode ser utilizado um código de mais algarismos (neste caso há necessidade de um outro integrado). Outra opção consiste em retirar os diodos de bloqueio D7 a D9, figura 1, obrigando a manter operados os interruptores de código por curtos espaços de tempo, fazendo exceção CH1.
Um outro ponto a ser observado é o relê. Como a fonte de alimentação não é das mais buriladas, verificam-se substanciais variações na tensão c.c. de acordo com o consumo do circuito, o qual se acentua quando da ativação do relê R L1 (vide figura 1); por esses motivos a resistência c.c. da bobina deve ser a maior possível (nunca inferior a uns 200 ohms) a fim de manter, até certos limites, a eficiência do circuito.
Ainda porque a nossa tensão de alimentação é da ordem de 12 volts, a preferência recaiu para o relê ZA 020012 da "Schrack", cujas principais características são:
— Tensão nominal: 12V c.c.
— Gama de tensão: 7,6V a 25V, eis aqui uma das características mais importantes para o nosso projeto, isto é, a larga margem de valores c.c. em que ele pode funcionar sem problemas.
— Resistência elétrica da bobina: 460 ohms ± 10%.
— Corrente nominal de excitação: 26mA, relativamente bem baixa.
— Quantidade e tipo de contatos: 2 contatos reversíveis com corrente máxima de comutação de 1A por contato admitindo uma tensão máxima de comutação de até 120 Vc.a.
Como vemos, a escolha desse relê atende integralmente aos propósitos de comando da fechadura elétrica do "Dudu". Para cargas de maior potência, recomendamos a utilização de um segundo relê, de tensão igual a da rede elétrica, diretamente comandado pelo do circuito conforme é mostrado na figura 2; os contatos se encarregarão da comutação dessas cargas mais "parrudas" tais como aparelhos de ar-condicionado, por exemplo.
A figura 3 identifica os terminais do relê solicitado na lista de material, sendo ele visto por baixo.
MONTAGEM ELÉTRICA E VERIFICAÇÃO DE FUNCIONAMENTO
O tipo de caixa que irá alojar o circuito é quem ditará as dimensões (e formato) da plaqueta de fenolite ou simplesmente plaqueta de circuito impresso; por isso, a primeira providência será a de escolher a caixa propícia de acordo com a necessidade de cada um.
Essa caixa, por razões óbvias, não deve apresentar dimensões extremamente reduzidas a menos que se faça um "embolamento" de componentes -- a caixa plástica do meu protótipo experimental apresenta as seguintes dimensões: 90mm x 90mm x x 50mm (comprimento-largura-altura) —veja a figura 4.
Para o meu caso em particular utilizei uma plaqueta de fenolite de dimensões 80mm x 85mm, a qual foi submetida a um processo de corrosão a fim de obter os filetes e "ilhas" de cobre necessários tal qual mostra, em tamanho real, o desenho da figura 5. Os componentes foram nela distribuídos obedecendo ao estabelecido na figura 6.
A montagem deve iniciar-se soldando o soquete de 16 pinos do integrado, orientando o chanfro para o lado de "fora" da plaqueta (figura 6). A seguir são soldados os resistores, capacitores (observe a polaridade dos eletrolíticos) e diodos retificadores, de sinal e zener (cuidado para não inverter a polaridade destes!).
Finalmente soldamos o relê.
Utilizando fio flexível de comprimento adequado (uns 10cm) interligamos os seis primeiros interruptores de pressão (CH1 a CH6) à plaqueta, obedecendo o estabelecido no chapeado; os quatro interruptores restantes são interligados em paralelo entre si, indo ter aos pontos A e B da plaqueta (figura 6) e, por último, instala-se o diodo eletroluminescente led 1 e solda-se o "rabicho" (cabo de força) aos pontos C e D da plaqueta (vide figura 6).
Sem colocar o integrado no soquete, liga-se a tomada à rede elétrica e verifica-se a emissão de luz por parte do fotoemissor, indicando que parte da montagem realizada está "certinha". Se isto não ocorrer é bem provável que você tenha invertido os terminais do diodo luminescente led 1.
Ainda persiste em não acender?
Verifique a montagem da fonte de alimentação, principalmente quanto à polaridade dos diodos retificadores D1 a D4 e diodo zener D6. Se você dispuser de um voltímetro poderá medir, contra terra, as tensões existentes nos nós E e F (figura 6), devendo ler os seguintes valores:
VF ≈ 40V c.c. e V E = 12V c.c.; em caso contrário
Uma vez que essa parte está justa e perfeita, insere-se o integrado no respectivo soquete tendo o cuidado de orientar o proceda a uma boa inspeção da montagem, após certificar-se que existe tensão c.a. entre os pontos C e D – vide chapeado chanfro para o lado de "fora" e com a tomada desligada. A seguir pressione em sequência CH1 a CH5 de forma relativamente rápida; mantendo este último pressionado aciona-se CH6 para momentos depois percebermos que o led deixa de emitir luz e ouvir-se-á o "click" característico da comutação do relê — tão logo isso ocorra ambos os interruptores CH5 e CH6 devem ser liberados senão o circuito retornará ao seu estado de repouso: LED emitindo luz.
Se a tua montagem se comportou assim ... meus parabéns! Em caso contrário proceda a uma verificação geral, mas ... você tem certeza de que pressionou os interruptores corretos e na sequência correta?
O acionamento de qualquer um dos interruptores CH7 a CH10 leva ao repouso o circuito ou, pelo menos, obriga a reiniciar o ciclo de ativamento que inicia por CH1 e termina por CH6.
O aparelho funciona "bem", mas só fica ativo por uns momentos ... Bem, neste caso o problema é pertinente ao operador P6 de C.I.1 (vide figura 1) e componentes associados. Faça o seguinte: substitua o resistor R10 de 10M ohms por um outro de, digamos, 5,6M ohms — uma ideia é soldar em paralelo com o já existente um outro resistor de 10M ohms. O "macete" permitirá aproveitar o C.I. que, certamente, se encontra relativamente avariado devido a algum curto ou qualquer "mancada" quando da montagem (o melhor é substituí-lo por um outro "novinho da silva"!)
Os furos G, H, I e J, assinalados na figura 6, destinam-se à fixação da plaqueta à caixa.
MONTAGEM MECÂNICA
Na tampa da caixa realizei uma dezena de furos, esteticamente distribuídos, de diâmetro tal que pudesse passar a parte rosqueada dos interruptores de pressão; foi feito ainda mais um furo capaz de alojar o suporte plástico para o led.
Outra providência foi fazer, numa das partes laterais da caixa, um furo de forma a poder passar dois pares de fios: um par para a alimentação do aparelho (pontos C e D — figura 6) e o outro par dos contatos do relê. Note que esses fios devem ser de calibre 22 AWG, no mínimo, já que um par se destina à alimentação do circuito e o outro para a carga.
Agora é só colocar os interruptores de decodificação (CH1 a CH6) na tampa, obedecendo uma certa disposição geométrica que terá de ser memorizada pelo (s) usuário (s) e, em especial, pelo leitor, pois se perder a combinação, certamente não encontrará a ... "anágua"! Os interruptores restantes devem ser fixados aos demais furos.
