SITEMA DE RÁDIO FREQUÊNCIA PARA FECHADURA ELÉTRICA

SITEMA DE RÁDIO FREQUÊNCIA PARA FECHADURA ELÉTRICA Dijair Santos Vieira 1, Tiago Fernandes Campos 2, Alessandro C. Mendes 3, Airton Abrahão Martin 3 1 UNIVAP - Universidade do Vale do Paraíba/FEAU Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Estrada Municipal do Limoeiro, 250 JD. Dora Villa Branca Jacareí SP, E-mail: vieirasdijair@gmail.com 2 UNIVAP - Universidade do Vale do Paraíba/FEAU Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Estrada Municipal do Limoeiro, 250 JD. Dora Villa Branca Jacareí SP, E-mail: tihs2@yahoo.com.br 3 UNIVAP/PROBES - Universidade do Vale do Paraíba/Laboratório de Espectroscopia Vibracional Biomédica/PROBES, Av. Shishima Hifumi, 2911, 12244-000, São José dos Campos SP, E-mail: amartin@univap.br, alcomen@univap.br Resumo A tecnologia de transmissão de dados via RF (radio freqüência) codificado vem sendo muito utilizada devido sua segurança e eficiência, por não necessitar do uso de códigos de barras e por seu acionamento ser feito a distância. O objetivo desse trabalho é utilizar um transmissor de dados via RF codificado para acionamento de uma fechadura residencial sem a necessidade de chave. Esse sistema RF possui um módulo transmissor que envia uma combinação de códigos binários (código) à um módulo receptor próximo a porta, que por sua vez recebe a combinação binária e confere se o código do transmissor e receptor são os mesmos, caso seja, é liberado um sinal para o acionamento da fechadura elétrica através de um relé. O sistema desenvolvido demonstra segurança por possuir sistema de alimentação alternativa através de bateria que assume o sistema em caso de falta de energia elétrica. O mesmo sistema só libera o acionamento da fechadura se o endereçamento binário do transmissor e receptor for idêntico, impedindo assim que qualquer transmissor tenha acesso à entrada pela porta. Apesar de existir sistemas similares no mercado, o grande diferencial deste produto é seu baixo custo e menor consumo de energia. O projeto demonstra eficiência e resultados esperados, este sistema RF tem um alcance médio de comunicação de 02 metros sem obstáculo. A bateria do transmissor tem uma durabilidade de aproximadamente 02 meses e a bateria reserva da fonte em repouso tem durabilidade de até 24 horas, e em uso de até 4 horas. Lembrando que a duração das baterias varia de acordo com a quantidade de vezes utilizadas. Palavras-chave: radio freqüência, transmissor, receptor, fechadura elétrica. Área do Conhecimento: eletrônica Introdução A tecnologia RF (radio frequência) nada mais é do que um termo genérico para as tecnologias que utilizam a freqüência de rádio para captura e transmissão de dados. As ondas de rádio, ou seja, as ondas eletromagnéticas, são geradas por dispositivos elétrico-eletrônicos. Antigamente, quando as transmissões eram efetuadas em frequências muito baixas (ondas longas) os geradores eram na verdade alternadores eletromecânicos. Assemelhavam-se a um gerador de corrente alternada, porém, a frequência era muito acima das frequências industriais (40 60 Hz). Normalmente estes geradores operavam nas faixas de 60 KHz a 100 KHz. Depois, com a descoberta da utilidade das frequências de ondas de rádio mais elevadas, descoberta inteiramente devida ao trabalho dos radioamadores nas décadas de 1910 e 1920, e com a chegada das válvulas termiônicas como eram chamadas, os geradores de RF deixaram de ser eletromecânicos e passaram a ser valvulares, até a chegada na década de 40 dos semi condutores. Hoje os geradores de RF e os transmissores utilizam válvulas ou semi condutores. Ao contrário do que possam pensar, a chegada dos semi condutores não desbancou a válvula. Nos manuais da American Radio Relay League que era uma importante associação de radioamadores dos EUA, mesmo com a tecnológia de circuitos transistorizados continuavam utilizando circuito de geradores de RF e transmissores 1

a válvula, principalmente quando se trata de equipamento de maior potência. Entretando, os semicondutores (transistores) possuem características próprias que as válvulas não possuem, e senão fossem eles os vôos interplanetários e os satélites não seriam possíveis, pois o consumo do filamento das válvulas demandaria tal energia que a carga dos veículos astrais seria algo impossível na atual tecnológia espacial. 1 O sinal de RF é gerado obviamente com um gerador seja ele válvulado ou transistorizado. Este gerador é um circuito ocilador, onde componentes, tais como, bobinas, capacitores e resistores, são agrupados ao redor do elemento principal (válvula ou transistor) para produzir oscilações alternadas, com uma frequência situada dentro do espectro eletromagnético, seja para transmissão de dados ou radiocomunicações. 2 Se as condições de irradiação e recepção forem adequadas, é possível com pouca potência de RF alcançar grandes distâncias. Para isso é necessário não só um gerador de RF ou transmissor, e sim um sistema irradiante adequado e um circuito receptor além de um sistema captador (antena e correlatos), um receptor com sensibilidade e discriminação adequada. Neste projeto foi utilizado os módulos de transmissão e recepção RT4 3 e RR3 4 já existente no mercado, produzidos pela Telecontrolli. A diferença deste projeto para o sistema de RF para radiocomunicação, é que este projeto foi elaborado para possuir curto alcance, onde os módulos RT4 e RR3 quando instalados e tendo as antenas dimensionadas corretamente possue um alcance máximo de 100 metros. Materiais e Métodos O sistema desenvolvido neste projeto, para acionamento via RF, tem a finalidade de substituir a utilização de chaves na abertura de portas residênciais. O diagrama de bloco do projeto é mostrado na Figura 1. ter freqüências idênticas para que possa haver uma comunicação entre o transmissor e receptor. Os módulos RT4 e RR3 possuem alcance de até 100m sem obstáculos, desde que a antena e a fonte de alimentação do transmissor sigam as recomendações do fabricante. No protótipo proposto optamos por um alcance mínimo possível, e para isso reduzimos o tamanho físico da antena, apesar disso, o protótipo apresentou um alcance médio de 02 metros sem obstáculos. O módulo receptor RR3 pode trabalhar numa faixa de tensão que varia de 4,5V à 5.5V, já o módulo transmissor RT4 trabalha entre 2,0V à 14,0V. Neste projeto a tensão selecionada para ambos os módulos foi de 5,0V. Esses módulos não necessitam de ajustes, os ajustes são realizados na fábrica através de tecnologia a laser. Na Figura 2 o módulo transmissor RT4 e o módulo receptor RR3 é apresentado. Figura 2 - módulos RT4 e RR3 Para transmitir dados de forma digital e seguindo um determinado padrão através dos módulos RT4 e RR3, foram utilizados os CIs MC145026 (Encoder) e MC145027 (Decoder), fabricados pela Motorola. 5,6 O CI encoder MC145026 pode trabalhar numa faixa de tensão de 2,5V à 18,0V. Já os decoders MC145027 e MC145028 trabalham entre 4,5V à 18,0V. A tensão utilizada neste projeto para RR3 e RT4 foram as mesmas, padronizando a fonte de alimentação, já que 5,0V seria uma tensão adequada para todos os componentes do projeto. A Figura 3 mostra o diagrama do circuito transmissor. Neste diagrama é possível observar todos os componentes do circuito, assim como, o endereçamento serial do circuito transmissor (11100), entre os pinos 1, 2, 3, 4 e 5, sendo 1, 2 e 3 ligados na referência 5,0V e 4 e 5 e o pino 8 ligados na referência 0V (terra). Figura 1 Diagrama de Bloco Neste projeto foram utilizados os componentes RT4 e RR3 da Telecontrolli (transmissor e receptor de sinais de radio frequencia). 3,4 Os módulos RT4 e RR3 trabalham nas faixas de freqüências de: 315MHz, 418MHz e 433,92MHz. Os módulos utilizados em nosso projeto trabalham na freqüência de 433,92MHz. O par (RT4 e RR3) deve Figura 3 Diagrama do Circuito Transmissor 7. 2

Podemos observar na Figura 4 o diagrama do circuito receptor e todos os componentes utilizados no circuito, podemos observar também que o circuito receptor possui o endereçamento serial (11100), entre os pinos 1, 2, 3, 4 e 5, sendo 1, 2 e 3 ligados na referência 5,0V e 4 e 5 ligados na referência 0V (terra), isso mostra que o endereçamento serial entre o circuito receptor e o circuito transmissor são idênticos. Figura 4 - Diagrama do Circuito Receptor. 7 O CI MC145026 pode decodificar até 243 endereços diferentes no modo trinário (0,1 e aberto) ou até 32 endereços no modo binário (0 e 1), utilizando os pinos 1, 2, 3, 4 e 5. O endereçamento que for aplicado no MC145026 deve ser idêntico ao MC145027 para que ambos possam se comunicar. Para o acionamento da fechadura foi utilizado um relé de 12V da MKB. 8 A referência 0V (terra) da fechadura passa direto pela placa sem interrupção, já a referência 5V é interrompido pelo relé entre o pino comum e o pino NA. Quando o circuito receptor disponibiliza o sinal para o relé da fechadura, esse relé recebe a tensão de 12V em sua bobina, fazendo o atracamento interno, entre o pino comum e o pino NF, acionando a fechadura elétrica. Este tipo de circuito receptor possui um tipo de memória volátil elementar (latch). Esse latch faz com que os dados permaneçam armazenados no circuito até que receba um novo dado que seja aceito ou a alimentação do circuito seja interrompida. A fim de eliminar este problema, configuramos um relé de 12V da MKB para fazer a interrupção da alimentação da placa do circuito receptor. As bobinas do relé são ligadas com um pino na referência 0V (terra) da placa e o outro pino na referência 12V da fechadura, já a tensão de 5V que alimenta a placa do circuito receptor, é ligada com a referência 5V no pino comum e no pino NF do relé, e referência 0V (terra) não sofre interrupção. Quando o relé da fechadura é acionado, ao mesmo tempo em que envia o sinal para a fechadura, também é enviado um sinal para o relé da placa receptora, fazendo com que o relé faça o atracamento entre o pino comum e o pino NA, então todo o circuito da placa receptora é desligado, sendo assim, o relé da fechadura também é desligado, e todo o circuito retorna a configuração inicial. O circuito transmissor possui alimentação independente através de duas baterias portáteis de 3V cada, somando no total 6V, através do uso de um CI regulador de tensão de modelo 7805 9, é possível converter 6V para 5V, nível de tensão que definimos como adequado para o circuito. Para a alimentação do circuito receptor e para a fechadura, foi projetada uma fonte AC/DC de uso específico para esse projeto. Essa fonte possui um transformador com entrada primária de 220/110V e saída secundária de 12V com capacidade de 2A, ligado em uma ponte de diodo de capacidade de 2A, após a ponte de diodo foi utilizado um capacitor eletrolítico de 1000uF, para fazer a filtragem da tensão contínua, também foi utilizando um CI regulador de tensão 7812 10, para regular a tensão para 12V DC, assim podemos deixar um ponto para ligação da alimentação da fechadura. Em seguida foi utilizado um CI regulador de tensão 7805 para regular a tensão ao nível adequado de 5V, valor de tensão que definimos como adequado para a alimentação da placa do circuito receptor. A fonte AC/DC projetada para este projeto possui tensão de saída DC de 12V e 5V, a placa de circuito da fonte possui terminais para conexão dos cabos de alimentação da fechadura, da placa do circuito receptor, para a conexão do cabo da bateria reserva e entrada do transformador. Observe na Figura 5 o diagrama do circuito da fonte AC/DC, com todos os componentes utilizados na montagem da fonte. Figura 5 Diagrama da fonte AC/DC Para esse projeto foi pensado em um sistema de segurança, que em caso de falta de energia elétrica, uma bateria de 12V com capacidade de 5Ah recarregável assumirá todo o circuito, permitindo que o circuito funcione mesmo sem energia elétrica. Essa bateria foi instalada da seguinte forma: Após o CI regulador de tensão 7812 da fonte AC/DC, existe uma derivação da referência 12V da fonte que é ligado a referência 12V da bateria, porém antes de chegar à bateria, foi instalado um diodo 1N4148 11 para 3

impedir que a tensão da bateria retorne e descarregue no circuito de forma inversa, foi instalado também um resistor de 200Ω para fazer com que a bateria recarregue de forma lenta e que a mesma não danifique. Sendo assim todo o circuito pode funcionar através da fonte AC/DC ou através da bateria, essa seletividade é realizada automaticamente através de um relé de 12V da MKB. Inicialmente a referência 12V da bateria está ligado no pino NF do relé; e referência 12V da fonte esta ligado no pino NA do relé. Caso a energia elétrica na residência esteja em ordem o circuito é alimentado através da fonte, que aplica 12V na bobina do relé realizando o atracamento interno entre o pino comum e o pino NA, em caso de falta de energia elétrica a bobina do relé deixa de receber tensão e desatraca, fazendo a ligação interna entre o pino comum e o pino NF do relé, dessa forma a bateria assume o circuito, possibilitando o funcionamento do sistema normalmente. Resultados O projeto obteve o resultado esperado, todas as placas de circuito ficaram com tamanho tolerável. As figuras 6, 7 e 8 mostram as fotos do circuitos montados e a figura 9 mostra a porta com o sistema instalado. Figura 7 Circuito Receptor Figura 8 Fonte AC/DC A distância de transmissão e recepção do sinal RF está próximo do desejável (aproximadamente 2 metros). Em relação às baterias utilizadas para o sistema, as mesmas demonstraram funcionalidade e durabilidade adequada. A figura 9 mostra o projeto montado e funcionando, porém a porta foi produzida em tamanho reduzido, para demonstração apenas. Figura 9 Projeto Finalizado Discussão Figura 6 Circuito Transmissor Os resultados dos testes realizados foram satisfatórios. Entretanto, algumas melhorias podem ser realizadas, como por exemplo: produzir um circuito transmissor mais compacto, algo que possa ser utilizado como chaveiro. Pode ser utilizado um módulo transmissor e módulo receptor de menor alcance para eliminar o acionamento acidental de longa distância. No circuito receptor foram realizadas algumas modificações, tais como: instalação de relé na alimentação do circuito, este relé possui interface com o relé de acionamento da fechadura, uma vez que a fechadura é acionada, o relé de alimentação é acionado simultaneamente, dessa forma o circuito é reiniciado. Tais melhorias já estão em pesquisas, para ser aplicada no sistema RFID (Radio Frequency Identication). 4

Conclusão A fechadura possui um consumo de 1A, e todo o circuito um consumo médio aproximado de 1,4A, podemos considerar que no máximo teremos uma carga de 1,8A a 1,9A, totalmente compatível com a capacidade da fonte. A bateria possui uma autonomia de até 24 horas, isso dependendo da quantidade de uso do sistema, podendo variar de 1 hora até 24 horas de uso. A bateria do circuito transmissor possui a durabilidade aproximada de até dois meses, após esse período é aconselhável a sua substituição. Devido o projeto apresentar um sistema de comunicação codificada, torna o sistema mais seguro quanto à sua clonagem. A aplicação deste projeto é viável para acesso residencial sem a necessidade de utilização de chaves. 7 DIAGRAMA TRANSMISSOR E RECEPTOR http://www.rogercom.com/pparalela/lptwireless.htm 8 RELÉ http://www.mkb.com.br/img_prod/70588000_1227898 907.pdf 9 CI. REGULADOR DE TENSÃO 7805 http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/228/3900 68_DS.pdf 10 CI. REGULADOR DE TENSÃO 7812 http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/analogdevi ces/ad7812yn.pdf 11 DIODO 1N4148 http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/wte/ll414 8.pdf Agradecimentos Neste projeto agradecemos primeiramente a Deus por nos dar sabedoria e coragem para superar os obstáculos. Agradecemos também ao nosso colega de sala de aula, Bruno Serrano por nos ajudar no inicio do projeto, disponibilizando os diagramas iniciais, que infelismente não está mais estudando. Ao colega de sala de aula Thiago Rondão pelo apoio no desenvolvimento das placas de circuito. Ao Engenheiro Alessandro Correa Mendes, por nos ajudar a compreender melhor alguns circuitos e como realizar ajustes e melhorias no projeto, e finalmente ao Professor Airton Martin pela orientação no projeto. Nossos sinceros agradecimentos a todos. Referências Bibliográficas. 1 Transmissores e geradores de RF, Fanzeres, Apollon 1985. Capitulo 01, páginas 15,16, 22 e 23; Capitulo 2, página 25. 1 Curso básico de antenas e de linhas de transmissão de energia de radiofreqüência, Aurélio Garcia Ribeiro, 1999. Capitulo 1, páginas 10 e 11. 3 RT4 MÓDULO TRANSMISSOR http://www.telecontrolli.com/pdf/transmitter/rt4.pdf 4 RR3 MÓDULO RECEPTOR http://www.telecontrolli.com/pdf/receiver/rr3.pdf 5e6 MC145026, MC145027 CI ENCODER E DECODER http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/motorola/m C145026.pdf 5

6