Toque Biestável (ART382)

Ligue e desligue seus eletrodomésticos com um simples toque dos dedos

Existem projetos eletrônicos em que, às vezes, o nome não consegue dizer tudo que realmente eles podem fazer e portanto sua gama de utilidades. Este projeto pode ser enquadrado nesta categoria: um simples automatismo que liga ou desliga alguma coisa com um toque pode não parecer muito interessante até que enumeremos as suas possibilidades de uso. A possibilidade de se ligar (ou desligar) alguma coisa simplesmente encostando os dedos num sensor é algo que, na eletrônica, pode ser empregado de tantas formas que a maior parte dos leitores mal pode imaginar. Se o leitor não acredita veja isso neste artigo e monte o projeto que descrevemos para se convencer.

Existem automatismos simples que podem ser feitos com poucos recursos eletrônicos, mas que chamam a atenção pelo seu desempenho, principalmente quando utilizados diante de olhos leigos. Se o leitor, que é um praticante da eletrônica deseja impressionar alguém instalando alguns dispositivos especiais em sua casa, a possibilidade de contar com um sistema de acionamento por toque pode ser muito interessante.

É justamente isso que descrevemos neste artigo: um circuito que, pelo simples toque num sensor pode ligar e desligar qualquer coisa que você desejar.

Com um toque no sensor uma carga é ligada entrando em funcionamento, e com um outro toque desligamos. O circuito é biestável e pode ser usado com aparelhos eletrodomésticos ou eletrônicos com total segurança. A corrente que passa pelo sensor, e portanto pelo seu corpo é tão pequena que não lhe causa qualquer sensação ou choque.

Onde usar o aparelho?

* Ligado a eletrodomésticos como um ventilador, um abajur, seu televisor ou um aparelho de som, ele pode colocar em funcionamento qualquer um deles pelo simples toque dos dedos.

* Oculto no batente da porta, o sensor permite que a luz da varanda seja acesa ou que as luzes internas da casa sejam ativadas quando você chegar, sem que as pessoas que estejam com você saibam exatamente o que você fez para isso.

* Colocado em local escondido junto à sua mesa de trabalho ele permite que você acione dispositivos eletrônicos de gravação de conversas, sem que o seu interlocutor perceba isso.

A versão que descrevemos utiliza relé de 10A o que permite controlar praticamente qualquer eletrodoméstico ou eletrônico de uso geral que possa ser ligado numa tomada comum.

A corrente de repouso do circuito, isto é, sem o relé estar energizado, é bastante baixa permitindo assim que em determinadas aplicações o projeto seja alimentado por pilha. Essas aplicações são aquelas em que o relé ou a carga devam ficar acionadas por curtos intervalos de tempo.

Características:

Tensão de alimentação: 6 ou 12V (pilhas ou fonte)

Corrente de repouso (relé desenergizado); 1 mA (tip)

Carga máxima: 10 A

Corrente no sensor: 2,7 uA (tip)

COMO FUNCIONA

Uma das quatro portas NAND de um circuito integrado 4093B é utilizada como inversor no circuito de sensor. A finalidade desta porta é fornecer uma transição rápida de nível lógico em sua saída quando o sensor for tocado, de modo a disparar um multivibrador biestável.

Com um toque em X1o nível de entrada da porta, inicialmente reconhecido como baixo, passa a alta e leva com isso a saída a uma transição. Essa transição é responsável pela mudança de estado do flip-flop 4013.

Para garantir que o circuito parta da posição em que o relé está desenergizado quando a alimentação é estabelecida, temos uma rede de rearme ligada a entrada de RESET. Essa é rede é formada pelos componentes C1e R2.

Assim, quando se estabelecer a alimentação no circuito, encontrando C1descarregado, a entrada do 4013 recebe um pulso positivo de RESET que desaparece tão logo o capacitor se carregue com a tensão de alimentação, via R2.

A saída de um dos flip-flops do 4013 (o que está sendo usado) é ligada a um transistor cuja finalidade é excitar a bobina do relé.

Na versão de 6 V a corrente exigida para a excitação é de aproximadamente 100 mA e na versão de 12V da ordem de 50 mA. No entanto, existem relés mais sensíveis que exigem menos correntes e que podem ser empregados numa versão alimentada por pilhas.

A cada pulso que o 4013 recebe, sua saída muda de estado e com isso o transistor passa alternadamente do estado de saturação para corte. O relé fecha e abre seus contactos alternadamente, comandado pelos estados do transistor.

Veja que usamos apenas uma das quatro portas do 4093B e apenas metade do 4013. Isso significa que, com os mesmos dois integrados, o leitor pode expandir seu projeto e fazer um controle duplo. A pinagem dos dois integrados, dada na figura 1, facilita a expansão do projeto.

Com base na pinagem dos Cis do projeto ele pode ser expandido.

MONTAGEM

O diagrama completo da versão básica, sem fonte de alimentação, com um canal de acionamento é mostrado na figura 2.

Diagrama do aparelho sem a fonte de alimentação.

A montagem deve ser feita em placa de circuito impresso com a disposição de componentes mostrada na figura 3.

Placa de circuito impresso.

O desenho desta placa é feito levando-se em consideração a pinagem de um relé do tipo G da Metaltex. No entanto, este desenho deve ser alterado se for usado um relé de tipo diferente. Recomendamos que, antes de fazer a placa o leitor estude a opção de relé a ser usado no projeto.

Para maior segurança dos circuitos integrados sugerimos a utiliza de soquetes do tipo DIL.

Os resistores são todos de 1/8W ou maiores e o capacitor C1tanto pode ser de poliéster como cerâmico. Q1pode ser substituído por qualquer transistor que tenha um ganho mínimo de 100 vezes e uma corrente de coletor de pelo menos 100 mA.

O diodo D1também admite equivalentes.

O resistor R1determina a sensibilidade do sensor ao toque. Valores de até 10 M ? podem ser empregados nos casos em que se exigir o máximo de sensibilidade.

Se o sensor ficar próximo do aparelho pode ser usado fio simples para sua conexão. Mas, se ficar longe do aparelho, deve ser usado fio blindado com a malha ligada ao positivo da alimentação, ou seja, à parte superior do sensor no diagrama.

O conjunto cabe facilmente numa pequena caixa plástica com uma saída para eletrodoméstico que consiste numa tomada de embutir, conforme mostra a figura 4.

O aparelho montado e usado no controle de uma lâmpada.

Uma fonte de alimentação simples é mostrada na figura 5.

Fonte de alimentação para o toque biestável.

Como existe o contacto do sensor com as pessoas é extremamente importante que o isolamento do transformador seja testado. Da mesma forma NUNCA use na alimentação deste circuito fontes de alimentação sem transformador.

O sensor pode ser formado por duas regiões cobreadas de uma placa de circuito impresso.

Outras alternativas seriam dois alfinetes cujas cabeças devam ser tocadas simultaneamente, conforme mostra a figura 6.

Outro tipo de sensor de toque.

Para um acionamento mais "misterioso" o leitor pode colocar os sensores em locais diferentes mas que possam ser tocados ao mesmo tempo, um por uma mão e outro pela outra mão. Desta forma, com um "gesto mágico" o operador pode acender luzes, ligar eletrodomésticos, etc.

PROVA E USO

Na figura 4 mostramos o modo de se fazer a conexão de um aparelho a um abajur de modo que ele seja acionado pelo toque no sensor.

Para outros tipos de aparelhos a conexão é semelhante, devendo apenas o montador observar sempre o limite de corrente que o relé pode controlar.

Observamos que o baixo consumo do aparelho permite que a fonte fique permanentemente ligada (ela consome menos de 5W na condição de espera).

Feita a conexão do eletrodoméstico ou eletrônico, basta dar um primeiro toque no sensor que o relé deve ativar o aparelho alimentado. Se houver tendência do relé em vibrar no acionamento falhando no controle desejado será interessante ligar em paralelo com R1um capacitor de 220 a 470 nF de modo a atuar como filtro, pois ruído da rede de alimentação pode estar sendo captado pelo circuito. Outra forma de se reduzir a sensibilidade ao ruído é com a redução da sensibilidade de entrada. Basta então diminuir o valor de R1.