Professor Ventura Ensina Tecnologia

Transcrição

1 Professor Ventura Ensina Tecnologia Experimento PV008-d VM3 Carrinho Mecatrônico Parte Eletrônica Ensino Médio Direitos Reservados Newton C. Braga 1

2 Mecatrônica Prof. Newton C. Braga Prof. Ventura, Beto e Cleto, personagens criados pelo Prof,. Newton. Eles aparecem em estórias de tecnologia publicadas em diversas revistas técnicas VM3 Veículo Mecatrônico Parte 1 Eletrônica Montaremos um carrinho de corrida acionado por foto-célula e movido por motor elétrico. O carrinho deve ser o mais leve e rápido possível pois faremos uma corrida entre equipes. Na fase inicial do projeto montaremos o circuito eletrônica que consta de um sensor foto-elétrico e um dispositivo de acionamento de estado sólido, um diodo controlado de silício ou SCR. Com este projeto o aluno aprenderá como funciona um sensor foto-elétrico e um SCR, componentes de grande utilidade na eletrônica moderna. O LDR Light Dependent Resistor ou Foto-resistor Os LDRs ou Light Dependent Resistors Foto resistores ou resistores Dependentes de Luz são componentes que possuem uma superfície sensível à luz feita com uma substância chamada Sulfeto de Cádmio ou CdS. Quando luz bate nesta substância, sua resistência elétrica diminui e o componente deixa passar mais corrente elétrica. Os LDRs são extremamente sensíveis podendo detectar fontes de luz muito fracas ou distantes. Na prática eles são usados em diversos tipos de aplicações como sistemas de alarmes, detectores de objetos, controles remotos simples, etc. Nos postes de iluminação os LDRs controlam as luzes das ruas, fazendo com que elas acendam ao anoitecer e apaguem ao amanhecer. No nosso carrinho mecatrônico, o LDR é o sensor que controla o motor quando desejarmos que o carrinho parta. 2

3 Descrição: Montaremos um pequeno veículo de propulsão por motor elétrico e engrenagens alimentado por pilhas com controle remoto fotoelétrico. Com este projeto o aluno aprenderá: Como funcionam os motores elétricos Como funciona a propulsão por redução Operação de um controle remoto com fotocélula (LDR) Controle de potência usando um SCR (Diodo Controlado de Silício) Competição e Notas: O veículo montado pelo aluno receberá duas notas: uma referente à própria montagem em que se observará o esmero e também a habilidade e outra de uma competição, segundo os seguintes critérios: Regras: Todos os veículos devem seguir as mesmas especificações de montagem dadas nesta apostila. Uma primeira nota será dada pela montagem do veículo valendo de 0 a 8. A segunda nota será dada pelo desempenho na corrida do melhor veículo da equipe segundo o seguinte critério: Carro vencedor da prova = 2,0 pontos Segundo colocado = 1,5 pontos Carros que cruzarem a linha de chegada = 1,0 pontos Carros que chegarem até metade do percurso = 0,5 pontos Demais condições à critério do professor 0 a 0,5 pontos O controle remoto consiste num laser pointer comum, que deve ser apontado para o sensor (LDR) no momento da partida. Acertando o foco no LDR, mesmo que por um instante, o veiculo parte. O aluno não deve tocar no veículo ao ser dada a partida e em nenhum ponto do percurso. O acionamento é feito exclusivamente com o laser pointer. O motor usado assim como as peças do circuito eletrônico devem ser obrigatoriamente as fornecidas no kit. As pilhas devem ser obrigatoriamente alcalinas ou comuns. Não é permitido usar qualquer outro tipo de alimentação. 3

4 O veículo deve ter as dimensões definidas na montagem O material usado deve ser exclusivamente o especificado na montagem. O CIRCUITO ELETRÔNICO O circuito receptor de controle remoto consiste num LDR (foto-resistor) que aciona um SCR (Diodo Controlado de Silício) o qual tem como carga um motor de corrente contínua. O material para essa montagem é fornecido na forma de kit de modo a haver uniformidade dos componentes, constando das seguintes partes: Material do kit: SCR SCR 2N5064 LDR LDR redondo comum R1 220 kω ou 330 kω resistor (vermelho, vermelho, amarelo, ou laranja, laranja, amarelo) M1 Motor de Corrente Contínua para 4 Pilhas B1 Suporte para 4 pilhas pequenas Ponte de terminais, fios, solda Atenção: confira o material do kit ao recebe-lo. Se notar a falta de algum componente avise o professor. O circuito eletrônico que representa o controle foto-elétrico do motor é mostrado na figura 1. Figura 1 Circuito completo da terceira versão do veículo mecatrônico com disparo por Laser e SCR. Observe que os diferentes componentes são representados por símbolos. 4

5 Funcionamento: O LDR é um sensor de luz que deixa passar a corrente elétrica em função do grau de iluminação de sua superfície sensível. Quando o LDR é iluminado uma corrente flui por este componente polarizando a comporta do SCR. A comporta ou gate (g) de um SCR é o seu terminal de controle. Quando o SCR é polarizado ele dispara (conduz), funcionando como uma chave que liga, alimentando o motor. Com luz no LDR o motor funciona porque o SCR dispara, mas mesmo depois que a luz desaparece, ele se mantém disparado. Para desligar é preciso cortar a alimentação por um instante. Isso pode ser feito, desligando por um instante as pilhas que estão no suporte (afaste uma delas e depois coloque-a de volta) Veja que a velocidade máxima do motor não depende da intensidade da luz, conforme mostra o gráfico da figura abaixo. Figura 2 A velocidade não depende da intensidade da luz do disparo. Uma vez disparado o SCR mantém a corrente máxima no motor. Veja que os S- CRs possuem uma certa resistência ao dispararem, o que faz com que uma certa perda de tensão ocorra neles. Assim, no caso do SCR que usamos esta perda é da ordem de 1,7 V. Isso significa que alimentando o motor com 6 V, só chega 4,3 V ao motor, mas isso ainda é suficiente para fazê-lo rodar com boa força. O motor usado no nosso projeto funciona bem com tensões de 3 V a 6 V e até mesmo um pouco mais. Este tipo de controle é empregado em diversos equipamentos de alta tecnologia. Os alarmes que disparam quando alguém interrompe um feixe de luz, o sistema que acende automaticamente as luzes das ruas quando escurece, sistemas de iluminação automática que acendem lâmpadas alimentadas por baterias quando falta luz são alguns exemplos de aparelhos que funcionam segundo o mesmo princípio de controle fotoelétrico do carrinho que vamos montar. O circuito será montado soldando-se os componente numa ponte de terminais, conforme disposição mostrada na próxima figura. 5

6 Instituto Newton C. Braga Figura 3 Montagem em ponte de terminais. Os fios do trimpot de ajuste podem ser bem mais curtos. Na montagem tenha os seguintes cuidados: Solde muito bem os terminais dos componentes evitando o espalhamento ou excesso de solda. Observe a polaridade dos fios do suporte de pilhas (cores) se houver inversão o circuito não funciona. Use inicialmente o resistor de 330 k (laranja, laranja, amarelo). Observe a posição do SCR. Se ele for invertido o circuito também não funciona. Tenha cuidado na soldagem do LDR que é um componente delicado. O LDR deve ter um pequeno tubinho de papelão ou plástico para focalizar a luz do LASER pointer. TESTE DO CIRCUITO Tampe o LDR de modo que ele não receba luz. Coloque as pilhas no suporte Deixando bater luz no LDR ou iluminando-o com o Laser pointer o motor deve girar Para rearmar, tire e coloque uma pilha no suporte. Se o circuito tender a disparar sozinho, ou seja, ficar muito sensível, troque o resistor pelo de 220 k (vermelho, vermelho, amarelo) Se o motor não girar esfregue as pilhas no suporte de modo a melhorar seu contacto Comprovado o funcionamento, guarde seu circuito preparando-se para a montagem do carro a partir da próxima aula. 6