Implementação de Minuteria com Temporizador 555

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Minuteria, Temporizador 555 e uso de relé, para
acionamento em 127 V
Leandro Rodrigues C. Viana, Victor Croisfelt Rodrigues, Vinı́cius Cesar de C. Diori
Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Estadual de Londrina
Londrina/PR - Brasil
17 de Agosto de 2015
Resumo
O laboratório consistiu na implementação de uma minuteria com a utilização do clock obtido
anteriormente a fim de se verificar o funcionamento da minuteria e o acionamento de lâmpada de fi-
lamento com um rele. Observou-se o funcionamento do temporizador 555 na minuteria, calculando-
se o valor do resistor e capacitor para se obter o perı́odo desejado.
1 Introdução
Os dispositivos que começaram a surgir por volta de 1820 e 1830 são relés, temporizadores e contado-
res, sendo projetados pelo cientista norte-americano Joseph Henry que estudava a ação dos eletroı́mas,
dispositivos capazes de gerar campo magnético. Após isso, desevolveu-se os estudos na área, até sur-
girem contadores sı́ncronos, assı́ncronos e temporizadores, alcançando-se a tecnologia dos dias atuais.
Em laboratório, observou-se o funcionamento de uma minuteira a cada passo da implementação do
circuito, utilizando contadores e temporizadores.
2 Experimento
Os equipamentos utilizados em laboratório foram:
• Fonte regulável;
• Multı́metro digital;
1
2 EXPERIMENTO 2
• Matriz de contatos.
Os materiais utilizados foram:
• CI 74LS112 (FF JK);
• CI 74LS47 (Decodificador);
• CI 555;
• BC548;
• Display de 7-segmentos comum;
• LED;
• Relé 12 V ;
• Lâmpada 127 V com soquete;
• LDR;
• Resistores (10 kΩ, 1 MΩ, 560 Ω, 1 mΩ);
• Diodo 1N4148;
• Capacitores (10 nF , 10 pF , 100 nF ).
2.1 Minuteria
A implementação da minuteria ocorreu em etapas, a fim de se compreender o funcionamento de cada
parte do circuito.
2.1.1 Etapa 1 - LED para identificação de luz
Inicialmenete ajustou-se a fonte para 5 V , em seguida, implementou-se um circuito simples a fim de se
observar quando havia luz ou não. O esquemático do circuito está indicado na Figura 1.
Figura 1: Etapa 1 da minuteria.
Nesse circuito, na ausência de luz o LED acendia e na presença de luz ele permanecia apagado.
2 EXPERIMENTO 3
2.1.2 Etapa 2 - Contador na ausência de luz
A partir do clock de 1 Hz obtido no laboratório anterior, implementou-se o circuito indicado no es-
quemático da Figura 2.
Figura 2: Etapa 2 da minuteria.
Realizou-se a lógica do LDR e o clock do laboratório anterior, ligando-se à entrada CP0 do
CI74LS93 utilizado anteriormente.
2.1.3 Etapa 3 - Permanência da contagem
Nesta etapa, implementou-se o circuito a fim de continuar a contagem do display mesmo com o retorno
da luz. O esquemático do circuito está mostrado na Figura 3.
Figura 3: Etapa 3 da minuteria.
Utlilizou-se o CI74LS112 para esta implementação. Usou-se a lógica do FF JK onde a borda de
descida do clock era ativa quando havia ausência de luz no LDR. A entrada J sempre ficava em alto e K
em baixo e a saı́da Q na mesma lógica da etapa anterior, onde ligou-se esta saı́da em uma porta NAND
com o clock de 1 segundo, ligando-se em outra NAND para inverter o sinal e em seguida na entrada
CP0 do CI 74LS93.
2 EXPERIMENTO 4
2.1.4 Etapa 4 - Resetar contagem
Montou-se o circuito indicado pelo esquemático da Figura 4.
Figura 4: Etapa 4 da minuteria.
A lógica realizada neste circuito foi a de zerar o display quando a contagem chegasse em 10 (ou A).
Sendo assim, a contagem reiniciaria somente quando houvesse outra borda de descida, ou seja, quando
o LDR detectasse ausência de luz. Sendo assim, a partir do CI74LS112, realizou-se a lógica com uma
porta NAND com as entradas sendo Q1 e Q3 (saı́das do CI74LS93 para a contagem), onde o display
zeraria somente quando Q1 = 1 e Q3 = 0, ou seja, N = 10.
2.1.5 Etapa 5 - Minuteria
Por fim, implementou-se a minuteira finalizada. O esquemático está indicado na Figura 5.
Figura 5: Minuteria finalizada.
Nesta etapa, utilizou-se apenas mais uma lógica, onde a contagem deveria ser zerada quando as
saı́das Q1 e Q3 fossem igual a 1 ou quando o LDR detectasse ausência de luz, caracterizando-se assim,
uma minuteria.
2.1.6 Etapa 6 - Relé acionando lâmpada
Nesta prática, implementou-se o circuito mostrado pela Figura 9.
2 EXPERIMENTO 5
Figura 6: Uso do relé acionando a lâmpada.
Utilizou-se o relé a fim de se observar o acionamento da lâmpada de filamento quando o LDR detec-
tasse a ausência de luz. Ligou-se o resistor de 10 kΩ na saı́da Q do flip flop JK utilizado, substituindo
o LED que se encontrava nesta saı́da durante a implementação da minuteria. Em seguida utilizou-se o
transistor BC548 e o diodo 1N4148 para acrescentar a lâmpada de 127 V no circuito com a utilização
de cabos banana-banana e banana-jacaré.
2.2 Uso do 555 com Timer da minuteria
Montou-se o circuto mostrado na Figura 7. Conectou-se o LDR no pino 2 do CI. Em seguida, calculou-
se o valor do produto de R com C a fim de se obter um perı́odo próximo de 10 segundos. Com isso,
conectou-se o relé mostrado na seção 2.1.6 na saı́da OUT do CI, obtendo-se uma minuteria de modo
simplificado.
Figura 7: Uso do 555 com Timer.
3 TEORIA 6
3 Teoria
3.1 Foto-resistor LDR
A resistência elétrica sobre tal sensor diminui de acordo com a incidência luminosa. Sendo que a
resistência do LDR varia de forma inversamente proporcional a quantidade de luz, podendo ter sua
curva caracterı́stica descrita por uma reta decrescente, de acordo com da Figura 8.
Figura 8: Curva caracterı́stica de um LDR.
Os LDRs possuem sua superfı́cie coberta de Sulfeto de Cádmio (CdS) elemento que compõem a
resistividade de acordo com a luminosidade. Apesar de apresentar uma grande utilidade e trabalhar
com correntes elétricas relativamente elevadas tal componente apresenta velocidade de resposta relati-
vamente baixa operando bem apenas em velocidades abaixo de 15 kHz [2].
3.2 Relé
Os relés são dispositivos comutadores eletromecânicos. A bobina é o principal componente do relé,
visto que a operação só acontece com o campo gerado pela corrente que passa pela mesma. Sob efeito
do campo magnético, a região denominada armadura alterna o jogo de contatos entre, normalmente
abertos (NA) ou normalmente fechados (NF). De acordo com a Figura 9:
Sendo que, através de uma corrente denominada de controle pode-se abrir ou fechar os contatos do
relé. O mesmo pode ser ligado a dois circuitos e servir como comutador além de também poder ser
usado para retransmissão de sinais [1].
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 7
Figura 9: Esquemático de um relé.
4 Resultados e Discussões
4.1 Minuteria
Através do diagrama apresentado na Figura 5, implementou-se a minuteria, no entanto, a elaboração
deste circuito ocorreu em etapas. Primeiramente, utilizou-se a onda gerada pelo circuito astável de
cristal que passou por sucessivas divisões (por meio de FF’s JK) para obter um clock de saı́da com 1
Hz de frequência, exibido na Figura 2.
Para analisar o funcionamento do LDR, elaborou-se um circuito simples através da lógica NOT, que
ligava o LED, quando estava escuro e apagava no claro, diagrama referente à Figura 1.
Posteriormente, utilizando um LDR como acionamento do circuito, implemetou-se um contador
que constasse na ausência de luz. Portanto, por meio de um lógica entre o LDR em série á um resistor e
o clock, a saı́da desta foi ligado ao CP0 do contador BCD. Desta maneira, o contador só obteria borda
de descida para iniciar a contagem se o LDR estivesse no escuro, assim permitindo a passagem do clock
(permissividade), etapa referente à Figura 3.
Após a realização deste passo, procurou-se implementar um circuito que continuasse a contar
mesmo após que a luz voltasse, ou seja, ele iniciava a contagem no escuro e se ficasse claro ele a
continuava (prı́ncipio de uma minuteria). Implementou-se esse raciocı́nio através de um FF JK, que
receberia como o clock o sinal referente ao LDR, com J em alto eK em baixo e sua saı́da Q receberia
a lógica anterior (Figura 3). Essa etapa está representada na Figura 4.
Com o passo anterior, detêm um circuito que quando o LDR não recebe luz, indepedente se conti-
nuará apagado ou não, o contador contará até 9. Porém agora precisariamos resetar a contagem, para
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 8
que ele continue contando se caso tiver outra ausência de luz. Portanto, liga-se em seu clear uma
NAND com as saı́das Q1 e Q3, resetando o circuito quando a contagem chegar á 10 (prı́ncipio do
contador BCD 0 a 9).
A ultima implemetação lógica referente a minuteria, seria pegar o contador obtido após as etapas
anteriores e efetuar o seguinte racı́ocinio: se caso o LDR for acionado (escuro) novamente durante o
meio da contagem, o contador volta a zero. Portanto, utilizando as entras MR1 e MR2 do CI74LS93,
empregou a lógica referente a Figura 5.
Por último, para acionar de fato a lâmpada, é necessário utilizar um circuito com relé (Figura 5)
na saı́da das lógicas apresentadas nas etapas anteriores (Q). Portanto, obtem-se a Minuteria (Figura
12) pensando nas lógicas de seus prı́ncipios, porém implementou-se o mesmo circuito de maneira mais
simplória com o timer 555.
Figura 10: Minuteria.
4.2 Minuteria implementada através do Temporizador 555
Com intuito de utilizar o CI 555 como um timer, elaborou-se o circuito referente a Figura 7. Logo,
para que esse dispositivo obtivesse um resultado equivalente ao obtido na subseção 4.1, foi necessário
determinar a configuração do circuito para que tal obtivesse um perı́odo de 10 segundos. Para alcançar
esse valor, calculou-se os valores de R e C, através da seguinte equação,
f =
1
0, 693.R.C
. (1)
Desta maneira, determinou os valores de R e C para a frequência(f ) equivalente a 0, 1 Hz; para R
utilizou uma resistência na ordem dos MΩ para menor probabilidade de erros,
R = 1, 5MΩ,
5 CONCLUSÕES 9
C = 10pF.
Porém, o capacitor utilizado era eletrólitico, é possı́vel que esse dispositivo acumule cerca de 50%
de erro em circuitos temporais. Portanto a frequêcia obtida foi equivalente à 0, 06 Hz. Aplicando esse
circuito ao LDR em série à um resistor como entrada e junto ao circuito para o acionamento da lâmpada,
obtem-se a minuteria.
Figura 11: Minuteria com o timer 555 acionado por um LDR.
O mesmo experimento foi realizado para um microfone ao invés do LDR como acionador do cir-
cuito, assim ao emitir um som, a luz ficava acesa por cerca de 17 segundos (o inverso da frequência
obtida).
Figura 12: Minuteria com o timer 555 acionado por um microfone.
5 Conclusões
Atráves das análises realizadas, pode-se firmar a comprovação da teoria, obtendo-se uma minuteria com
funcionamento aproximado de 10 segundos, sendo que tal perı́odo variou para o circuito implementado
com o temporizador 555 devido aos erros dos componentes, resistores e capacitores envolvidos. Além
REFERÊNCIAS 10
disso observou-se a lentidão envolvida no processo de comutação do sensor LDR, visto que o mesmo
depende de um certo tempo de resposta. O relé utilizado serviu como alerta para o acionador da lâmpada
proporcionando um controle mecânico para o circuito. Por fim, o trabalho implementado em partes
proporcionou um entendimento completo do funcionamento do projeto.
Referências
[1] R. J., WIDMER, N.S., MOSS, G.L Sistemas Digitais: Princı́pios e Aplicações., Prentice-Hall, São
Paulo, 11a. Ed. (2011).
[2] THOMAZINI, Daniel. ALBUQUERQUE, Pedro U. B. Sensores Industriais - Fundamentos e
Aplicações. 5aedição, São Paulo: Érica,2005.