Projetos de Eletrônica Básica II MUITO CUIDADO NA MONTAGEM DOS CIRCUITOS, JÁ QUE SE ESTÁ TRABALHANDO COM A REDE ELÉTRICA. Projete um sistema para uma casa inteligente, com as seguintes características: 1) Se for de noite, uma lâmpada deve ser acesa automaticamente, devendo estar apagada de dia (1,0 ponto). Para detectar se é de dia ou de noite, utilize um sensor de luz (LDR), mostrado abaixo: Uma primeira opção de circuito é o mostrado abaixo, o qual utiliza diodo (1N4002) e um SCR (tiristor TIC106). Para um melhor funcionamento do circuito, utilize um potenciômetro de 100 kω no lugar do de 2,2 MΩ. Note que como o tiristor somente deixa passar o ciclo positivo do sinal senoidal da rede elétrica, a lâmpada não acende em sua potência total. Pinagem do Tiristor (TIC 106) G A K (Note que existem dois tipos de encapsulamento): ou
Uma segunda opção é montar o circuito abaixo, o qual utiliza amplificador operacional LM741, transistor BC548B e relé e diodo (1N4001). Neste circuito, a lâmpada acende em sua potência total: A pinagem do relé (visto de baixo) é a seguinte: Por outro lado, a pinagem do amplificador operacional 741 é a seguinte: Visto de cima, a partir da parte superior esquerda, os pinos do Amplificador Operacional 741 estão em sequência de um a oito, no sentido anti-horário. Isso é ilustrado na figura abaixo. 8 7 6 5 1 2 3 4 Sentido anti-horário A função dos pinos é a seguinte: Pino 1 : Anulação de "off-set" Pino 2 : Entrada inversora do Op Amp Pino 3 : Entrada não inversora do Op Amp Pino 4 : Alimentação negativa do Op Amp (-V) Pino 5 : Anulação de "off-set" Pino 6 : Saída do Op Amp Pino 7 : Alimentação positiva do Op Amp (+V) Pino 8 : Não tem conexão elétrica
2) A lâmpada de dentro da casa deve somente ser acesa na potência necessária para complementar a luz natural do sol e se houver presença humana, garantindo pelo menos 100 lux no ambiente residencial (1,0 ponto). Monte o circuito abaixo, o qual utiliza LRD, DIAC e TRIAC, sendo que o DIAC é utilizado para disparar o TRIAC (quando a tensão nos seus terminais é maior do que 25 a 40 V), e o TRIAC permite um controle da tensão AC sobre a lâmpada, operando por ângulo de disparo. O circuito aumenta a intensidade de luz da lâmpada em função da diminuição do nível de iluminamento do ambiente (capturado pelo LDR) ou vice-versa. Para que o circuito funcione somente se houver presença humana, insira o sensor piroelétrico (de presença) no lugar do plug da rede elétrica. O potenciômetro de 100 kω serve para ajustar o iluminamento necessário (100 lux, no caso). 10K Ω / 1 W Sensor de Presença (Sensor Piroelétrico)
3) Se houver falta de energia elétrica, lâmpadas de emergência (alimentadas por bateria, que devem sempre estar sendo recarregadas) devem ser acesas para iluminar os corredores (1,0 ponto). O circuito abaixo serve para o propósito, acoplando uma lâmpada incandescente de 12 V no pino 1 do circuito (note que R1 deve ser calculado: R1=(Vout-Vbat)/Icarga, onde Vout deve ser medido, e Icarga=C/50, sendo C a Capacidade da Bateria, em A.h). Vout 100 µf Lâmpada 12V A pinagem do relé (visto de baixo) é a seguinte: 4) Um ventilador deve ser acionado sempre que a temperatura ambiente supere a temperatura desejada, com aumento de velocidade proporcional à temperatura (1,0 ponto). O circuito abaixo por ser utilizado para este fim, o qual utiliza um PTC, DIAC e TRIAC. O potenciômetro serve para ajustar a temperatura na qual o ventilador deve começar a funcionar. 10K Ω / 1 W
5) Os equipamentos da residência devem ser acionados por palmas (1,0 ponto) Utilize um alto-falante como sensor de palmas (o alto-falante é usado como microfone, posto que ele tem boa imunidade a ruídos ambientes, detectando bem os sons agudos provenientes de palmas). A saída do CI 555 do circuito abaixo deve ser adaptada para acionar um driver (transistor + relé, como mostrado no projeto 1 segunda opção). Note que para eliminar ruídos do chaveamento do relé, deve ser utilizado um capacitor de 10 µf entre a entrada do 555 (pino 2) e terra. Para acionar mais equipamentos, o circuito deve conter um multiplexador (por exemplo, o CD4017A) conectado na saída do CI555 (1,0 ponto). Por outro lado, a pinagem do Amplificador Operacional 741 é a seguinte: Visto de cima, a partir da parte superior esquerda, os pinos do Amplificador Operacional 741 estão em sequência de um a oito, no sentido anti-horário. Isso é ilustrado na figura abaixo. 8 7 6 5 1 2 3 4 Sentido anti-horário A função dos pinos é a seguinte: Pino 1 : Anulação de "off-set" Pino 2 : Entrada inversora do Op Amp Pino 3 : Entrada não inversora do Op Amp Pino 4 : Alimentação negativa do Op Amp (-V) Pino 5 : Anulação de "off-set" Pino 6 : Saída do Op Amp Pino 7 : Alimentação positiva do Op Amp (+V) Pino 8 : Não tem conexão elétrica
6) As cortinas e as janelas devem ser automaticamente abertas durante o dia, mas devem ser fechadas se chover e quando for de noite (1,0 ponto). Adapte o circuito abaixo, utilizando um sensor de chuva (baseado em dois eletrodos próximos um ao outro), em paralelo com uma resistência de 33 kω, no lugar do LDR inferior. A resistência de realimentação de 100 kω pode ser retirada do circuito. 7) Sempre que o controle de abertura/fechamento da porta da garagem for acionado, devem ser acesas duas lâmpadas (uma verde e uma amarela) e uma sirene, com frequência de 4 Hz, anunciando a abertura e fechamento da porta (1,0 ponto). O circuito oscilador abaixo pode ser configurado para gerar ondas senoidais de 4 Hz, onde =1/(2 ) D1 10 K 10 K 10 K 10 K +15 V D2 741 Vo -15 V R 10 K R 10 K 18 nf 18 nf C C
Por outro lado, o controle de abertura do portão da garagem pode ser baseado na interrupção do feixe de ultrassom, baseado no circuito abaixo (1,0 ponto): EMISSSOR DE ULTRASSOM RECEPTOR DE ULTRASSOM +12 V +12 V +12 V Acople na saída um circuito para abertura da porta da garagem. 8) Um teclado de música deve ser construído (1,0 ponto) O circuito para construir um teclado de música pode ser baseado no oscilador senoidal abaixo (acoplando um alto-falante na saída do circuito), com o cálculo de R e C que gerem as frequências das sete notas musicais: Dó: 261,63 Hz; Ré: 293,66 Hz; Mi: 329,63 Hz; Fá: 349,23 Hz; Sol: 392 Hz; Lá: 440 Hz; Si: 493,88.
9) Um gerador de sinais (senoidais, quadradas, triangular e impulso) deve ser construído (1,0 ponto) A partir do oscilador senoidal abaixo, pode-se utilizar um circuito comparador para gerar ondas quadradas e, a partir deste circuito, utilizar um circuito integrador para gerar onda triangular e um circuito derivador para gerar ondas impulso. 10) Um nebulizador ultrassônico deve estar disponível para uso quando necessário (1,0 ponto) Calcule o valor de L e C que proporcionem uma frequência de 2,5 MHz, sendo que: 1 f =. LC1C 2 2π C + C 1 2 A saída do circuito (no emissor do transistor) deve ser ligada a um transdutor piezelétrico de 2,5 MHz.
11) Sinais de áudio devem ser transmitidos por transmissor FM (1,0 ponto) Monte o transmissor de FM abaixo: 3-30pF BF 494 ou BF495 Projetos Adicionais: 12) Um carrinho deve seguir uma trilha branca (1,0 ponto) Adapte o circuito abaixo:
13) Deve ser projetado um sensor de nível de bateria (1,0 ponto) Adapte o circuito abaixo para indicar visualmente, através de um LED verde, se a bateria está carregada (tensão maior que 9 V), ou se necessita ser recarregada (tensão menor que 9 V), através de um LED vermelho. 14) Deve ser projetada uma lâmpada de emergência (para lâmpada fluorescente) (1,0 ponto) 100