Duas Chaves Digitais Sequenciais (ART2343)

Apresentamos dois projetos de chaves digitais que podem ser utilizadas em diversas finalidades interessantes, aqui analisadas. Estas chaves ativam relés, que permitem o controle externo de diversos dispositivos a partir de uma alimentação de apenas 12 volts. Os automatismos sugeridos podem ser instalados tanto no carro como no lar, e em muitas outras aplicações que certamente os leitores vão descobrir.

Descrevemos duas chaves digitais que operam de modos distintos apesar de se basearem ambas em circuitos integrados CMOS.

A primeira é uma chave sequencial digital que ativa um único relé somente se as quatro chaves programadas forem pressionadas numa determinada sequência.

Podemos usar esta configuração como chave de código para evitar roubos, para abertura de portas e numa aplicação bastante interessante que é na imobilização de um veículo que só poderá ser posto em movimento a partir da digitação num teclado de um código pré-estabelecido (figura 1).

Figura 1 – Imobilizando um veículo

O circuito é extremamente simples e eficiente, pois emprega apenas dois integrados de fácil obtenção.

O segundo consiste num sistema de chaves de prioridade com 3 relés ativados por interruptores de pressão.

Este circuito opera de tal forma que somente um relé pode ser ativado de cada vez. O pressionamento de um dos interruptores provoca o acionamento de um relé correspondente, ao mesmo tempo inibindo o acionamento de qualquer outro relé do mesmo circuito.

Uma das aplicações deste circuito é na seleção por simples toque dos canais de entrada de um amplificador de áudio, numa espécie de chave seletora de toque.

Outra aplicação interessante é em jogos de reação onde cada competidor deverá ficar junto a um dos interruptores, vencendo quem acionar primeiro a um sinal do juiz.

O sistema tem sua configuração básica dada para 3 relés, mas nada impede sua expansão, pois temos inclusive mais duas portas disponíveis num dos integrados, para esta finalidade.

CIRCUITO 1 - CHAVE SEQÜENCIAL

Este circuito ativa um relé somente quando as quatro chaves (S1 a S4) forem acionadas em sequência.

Podemos utilizar outras chaves ligadas a um sistema de alarme, no caso de um sistema de segurança, ou para evitar roubos de veículos.

O CIRCUITO

A base deste circuito é o integrado 4013 que é formado por dois flip-flops do tipo D.

São usados dois integrados, o que nos leva a dispor de 4 flip-flops que são ligados em série.

Todas as entradas Clear são unidas e ligadas à terra através de um resistor de 1 M, e ao positivo da alimentação através de um capacitor de 220 nF.

A finalidade desta ligação é garantir que, ao ligarmos o aparelho à alimentação, todos os flip-flops sejam ressetados e partam da mesma situação inicial com suas saídas do nível "1" (figura 2).

Figura 2 – Os sinais do circuito 1 | Clique na imagem para ampliar |

Com o nível inicial de saída “1" em todos os flip-flops, 0 relé atraca, inibindo por exemplo a partida de um carro, ou se usarmos os contatos NF, desliga uma carga.

Para obtermos a desativação do relé, e consequentemente a desinibição do sistema de ignição de um carro, ou o desligamento de uma carga ligada aos contatos NF, precisamos levar a saída do quarto flip-flop da sequência (pino 1 de Cl-2) ao nível “0".

Para isso, temos de ativar sequencialmente as chaves de S1 a S4, pois a cada pressionamento, habilitamos o flip-flop seguinte à transferência de dados (pressionamento da chave), que leva sua saída ao nível ”0".

Veja que, não adianta pressionar uma chave sem que a anterior tenha sido pressionada antes, pois o flip-flop não estará habilitado para mudar o estado de sua saída.

Isso torna obrigatório observar a sequência programada.

MONTAGEM

O diagrama do primeiro circuito é mostrado na figura 3.

Figura 3 – Diagrama do primeiro circuito | Clique na imagem para ampliar |

A placa de circuito impresso para esta montagem é mostrada na fig. 4.

Figura 4 – Placa para o primeiro circuito | Clique na imagem para ampliar |

Sugerimos que antes de se fazer a placa o leitor tenha em mãos todos os componentes, já que podem ocorrer pequenas variações de dimensões, principalmente em relação a separação de terminais de capacitores.

Na montagem utilize soquetes para os integrados e relé. O diodo em paralelo com o relé, para proteção do transistor contra transientes de tensão gerados na comutação, pode ser substituído por equivalentes como o 1N4001,1N914 etc.

Os interruptores de acionamento (S1 a S4) tanto podem ser do tipo de pressão como fazer parte de um teclado, caso em que as teclas que não fazem parte da programação seriam ligadas entre o positivo da alimentação e o reset (pinos 8 e 6 de cada integrado que são interligados).

O eletrolítico C1, assim como C2, devem ter tensão mínima de trabalho de 16 V e os resistores tanto podem ser de 1/8 como ¼ W com qualquer tolerância.

Lembramos que o relé tem dois contatos reversíveis para 2 A que podem ser usados separadamente. A capacidade máxima de corrente destes contatos não deve ser superada.

Num sistema de imobilização de veículo, os contatos do relé podem ser usados para conectar entre a bobina e a terra (platinado) um capacitor de 47 uF x 100 V, o que impediria o funcionamento do sistema de ignição.

Obs. O artigo é de 1988.

Lembramos novamente que o acionamento correto das chaves programadas em sequência desativa o relé, desenergizando sua bobina.

CIRCUITO 2 - CHAVE SEQUENCIAL PRIORITÁRIA

Este circuito permite o acionamento de um único relé quando a chave correspondente for pressionada, inibindo os demais.

Para acionamento sequencial devemos atuar na seguinte ordem sobre os interruptores do diagrama: S1, S4, S2, S4, S3, S4, S1 etc.

Podemos usar este circuito para a comutação de sinais de áudio, comando de spots em palcos (caso em que os relés devem atuar sobre triacs dada sua corrente elevada), sistema de prioridade em jogos de velocidade, de reação etc.

O circuito é alimentado por uma tensão de 12 V que pode vir de pequena fonte de pelo menos 500 mA.

Esta fonte deve ser estabilizada, para maior segurança de operação.

COMO FUNCIONA

São usadas 6 portas NOR de 2 integrados 4001 ligadas duas a duas de modo a formarem flip-flops RS (figura 5).

Figura 5 – Flip-flop 4001

Quando a chave Reset é pressionada (S4) todos os flip-flops passam as saídas ligadas às bases dos transistores ao nível baixo (LO), de modo que todos os relés permanecem desenergizados.

Esta é a situação inicial de funcionamento a que deve ser levado o sistema.

Quando qualquer um dos interruptores de pressão de S1 a 83 é pressionado, o flip-flop correspondente muda de estado, levando sua saída ao nível alto e permitindo com isso a energização do relé correspondente.

Uma matriz de diodos atua no sentido de inibir a ativação de outro relé ao mesmo tempo. Isso é feito porque ao ser ativado um relé, a matriz de diodos faz com que a tensão de base dos demais transistores caia praticamente a zero, desviando assim um eventual nível alto que lhe seja aplicado, à terra.

MONTAGEM

Na figura 6 temos o diagrama completo deste aparelho.

Figura 6 – Diagrama do segundo projeto | Clique na imagem para ampliar |

Na figura 7 temos a nossa sugestão de placa de circuito impresso.

Figura 7 – Placa de circuito impresso para o projeto | Clique na imagem para ampliar |

Os três relés usados são do tipo 12 V com dois contatos reversíveis de 2 A, que devem ser instalados em soquetes DlL.

Os integrados 4001 (dois) também devem ser instalados em soquetes DIL para maior segurança. Os diodos podem ser de qualquer tipo de silício de uso geral, tendo sido sugeridos os 1N4148 pela facilidade de obtenção.

As chaves de acionamento são interruptores de pressão do tipo normalmente abertos, podendo até fazer parte de um teclado.

Os resistores são de 1/8 ou ¼ W conforme a disponibilidade do montador, e a fonte de 12 V deve fornecer pelo menos 500 mA regulados. Na figura 8 temos uma fonte que serve tanto para esta montagem como para a anterior.

Figura 8 – Sugestão de fonte | Clique na imagem para ampliar |

O integrado 7812 deve ser dotado de um pequeno radiador de calor, e o transformador tem secundário de 12 + 12 V ou 15 + 15 V com 500 mA de corrente.

O enrolamento primário é de acordo com a rede local.

Observamos que não é conveniente instalar os interruptores de acionamento muito longe do próprio aparelho, dada a possibilidade de introdução de ruídos que provocariam um funcionamento errático da unidade.