1AAA PIM Terminado! (Salvo Automaticamente)
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UNIVERSIDADE PAULISTA
GUILHERME HENRIQUE PELIZARI MATTOS
JOSÉ NELSON RODRIGUES DE SOUZA
JOSEMAR GOMES DE OLIVEIRA
MARCOS SANTOS MONTEIRO
PAULO DA SILVA CABRAL
AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS
PROJETO DE SISTEMA DE CONTROLE DE ILUMINAÇÃO
1
SÃO PAULO
2012
UNIVERSIDADE PAULISTA
GUILHERME HENRIQUE PELIZARI MATTOS RA:B052GB-0
JOSE NELSON RODRIGUES DE SOUZA RA:A18JHH-5
JOSEMAR GOMES DE OLIVEIRA RA:A74015-5
MARCOS SANTOS MONTEIRO RA:A808GH-2
PAULO DA SILVA CABRAL RA:B047GD-2
AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS
PROJETO DE SISTEMA DE CONTROLE DE ILUMINAÇÃO
Trabalho de aproveitamento das disciplinas
de Circuitos Elétricos, Eletrônica Digital,
Eletrônica Analógica, Linguagem de
Programação Aplicada e Cálculo II.
Complementar: Gestão Estratégica de
Recursos Humanos e Economia de
Mercado.
Automação Industrial 3º Semestre
Universidade Paulista.
Orientador: Prof. Marino
2
SÃO PAULO
2012
UNIVERSIDADE PAULISTA
GUILHERME HENRIQUE PELIZARI MATTOS
JOSÉ NELSON RODRIGUES DE SOUZA
JOSEMAR GOMES DE OLIVEIRA
MARCOS SANTOS MONTEIRO
PAULO DA SILVA CABRAL
AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS
PROJETO DE SISTEMA DE CONTROLE DE ILUMINAÇÃO
Aprovado em:BANCA EXAMINADORA
______________________________________________________Prof.
Universidade Paulista – UNIP
______________________________________________________Universidade Paulista – UNIP
______________________________________________________Universidade Paulista – UNIP
3
RESUMO
Este trabalho é um protótipo de um circuito eletro-eletrônico com o objetivo
de acionar uma sequência de leds de maneira automatizada. Tal projeto irá
comandar uma sequência de seis leds automaticamente detectando o movimento
das pessoas nos corredores de um hotel. Este circuito foi desenvolvido e simulado
em um software para uma melhor definição dos componentes necessários á
construção do circuito. Na construção do circuito eletrônico foi necessário um
transformador com primário 127vac e secundário 12vac com uma fonte retificadora
para 12vdc, tensão necessária para trabalho, acionamento dos relés de potência,
para controle dos leds. Após definido o circuito, executamos a parte prática onde
incluiu a compra dos componentes, desenho do circuito da placa, solda dos
componentes, teste de funcionamento e avaliações finais.
4
ABSTRACT
TRADUZIR O TEXTO A CIMA PARA O INGLES
5
SUMÁRIO
1. Introdução··················································································07
2. Descritivo Técnico do Sistema······················································07
3. Circuito Eletrônico (Protheus) ······················································08
4. Lista de Materiais········································································09
5. Fonte de Alimentação··································································10
6. Circuito da fonte de alimentação ··················································11
7. Formas de ondas encontradas em uma fonte de alimentação linear· ·12
8. Funcionamento Monoástavel························································13
9. Modulação de Frequência ····························································14
10.CI-4017 Funcionamento·······························································15
11. CI-4017 Características ······························································15
12. Diodo Retificador·······································································16
13. LED··························································································16
14. Resistência···············································································17
15. Rele·························································································18
16. Capacitor··················································································18
17. Transistor BC548·······································································19
18. Potenciômetro···········································································19
19. Parte Prática·············································································20
20. Placa Eletrônica pronta······························································22
21. Conclusão················································································23
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1. Introdução
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um circuito
eletroeletrônico composto de um seqüencial de seis led 6vdc, controlado através de
relés. Este circuito foi desenvolvido em um software de simulação (Protheus), onde
possui diversas ferramentas de auxilio como: CIs, diodos, leds, resistores,
voltímetro, amperímetro entre outras essenciais no nosso projeto, nos possibilitando
efetuar vários testes para definição do circuito e dos componentes necessários para
o desenvolvimento do projeto. Após definido o circuito, começamos a parte prática,
onde tivemos que executar a montagem do circuito, adaptações e definições finais.
2. Descritivo Técnico do Sistema
O circuito tem como finalidade controlar uma seqüência de seis leds 6vdc
através de relés em uma placa eletrônica com um acionamento manual. Sendo
necessário um transformador com primário 110vac, secundário 12vac retificada para
12vcc, através de uma fonte reguladora de tensão.
Após definido a tensão de trabalho de nosso circuito, á posterior, definimos os
componentes necessários para montagem do projeto.
Em nossas pesquisas definimos que o CI-555 tem a característica necessária
em nosso projeto onde ele gera pulsos elétricos e que nos possibilita controlar a
freqüência de seus pulsos. Existe varias maneiras de variar essa freqüência
podendo ser através de capacitor interligado nos pinos 2 e 6 ou então mudando o
valor do resistor que fica no pino 7, em nosso trabalho definimos fixar o valor do
capacitor em 100uf e do resistor em 15 k em paralelo com isso o pulso do CI 555,
ficando com uma velocidade de 4ms por pulso e para podermos variar essa
velocidade usamos um potenciômetro de220k, que nos possibilita variar a
velocidade de 4ms a 1s por pulso podendo ser visualizado através de leds e
lâmpadas colocadas na parte superior do nosso projeto.
Definimos também que o CI-4017 seria necessário em nosso circuito, pois
ele recebe essa seqüência de pulsos em sua entrada e os divide em dez saídas nos
7
possibilitando ligar até dez leds que serão acessos individualmente de acordo com a
freqüência dos pulsos elétricos.
A seqüência de nosso circuito foi definida, com seis leds, mas tivemos que
pegar os sinais de baixa potência e transformar em sinais de alta potência para
acionamentos dos relés. Definimos que para executar está função teríamos que
utilizar outros dois componentes tais como:
Transistor (BC 548), que recebe este sinal e energiza a bobina do relé de 12vcc.
Relé, componente que após estar energizado fecha o contato normal aberto de
potencia, onde poderá acionar as lâmpadas de 127vac, solicitada no escopo do
projeto.
3. Circuito eletrônico (protheus).
8
4. Lista de materiais
01 capacitor eletrolítico 1000μF/25 V
01 capacitor cerâmico de 6,0nF/50V
06 Transistor BC548 NPN
06 Leds
06 Reles de potencia SONGLE - SRA-12DC-CL
01 CI integrado 555N
01 CI integrado 4017BE
05 Diodos 400uF
01 resistor 33k
01 resistor 10k
01 resistor 420k
01 resistor 68R
01 placa de cobre perfurada 100x100mm
Interruptor gangorra 125V/5A
01 porta fusível
01 fusível 1Amp
01 Plug macho 2P+T para alimentação
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5. Fontes de alimentação
Os circuitos integrados funcionam adequadamente com uma tensão na faixa
de 4,5 a 5,5v. São bastante sensíveis as variações fora dessa faixa. Já os circuitos
CMOS são muito menos sensíveis e podem operar numa faixa mais ampla de
tensões. Isso facilita bastante o projeto com fonte e até permite a alimentação direta
a partir de pilhas ou baterias. Veja que os circuitos integrados CMOS funcionam
perfeitamente com as tensões como 3, 6, 9 e 12 v, que são facilmente obtidas de
pilhas e bateria, que os torna ideais para aplicações com fontes com essas tensões.
Para circuitos que utilizam tecnologia CMOS podemos utilizar reguladores de
5,6,8,9,10,12 ou 15 v. Geralmente utilizamos estes circuitos reguladores em projetos
onde variações de tensão podem influenciar no funcionamento do circuito. Desta
forma a fonte se manterá regulada e estabilizada na tensão escolhida para o projeto.
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6. Circuito da fonte de alimentação
Diagrama de blocos:
a) Bloco ou etapa do transformador, que reduz a tensão da rede, 127 VAC para 06
+ 06 VAC, com 2A. O transformador apresenta "Center-tape" (derivação central) no
secundário; desses três terminais recolhemos diretamente as tensões alternadas
de 06 e 12 volts. Podemos ainda utilizar essas tensões para a energização de
lâmpadas, amperímetros térmicos, pequenos motores de indução, experiências
com correntes induzidas e muitos outros experimentos onde a corrente alternada,
com a frequência 60hz, for necessária.
b) Como demonstrado no diagrama de blocos, o segundo bloco efetua a retificação
da corrente. Usamos, uma ponte retificadora construída com 4 diodos de silício
1N4007, etc.
c) O bloco da filtragem incumbe-se de minimizar as flutuações na tensão contínua
obtida, constando de um capacitor eletrolítico de grande capacitância (adotamos
um de 1000 uF x 25 V).
d) O bloco seguinte ocupa-se da regulagem eletrônica da tensão de saída,
mantendo-a no nível desejado. Constitui-se de um transistor de potência (2N3055),
um diodo zener para referência de tensão (12 V x 400 MW) e um potenciômetro de
carvão (1k ou 2k2), no qual se efetua o ajuste da tensão de saída. Um voltímetro
de ferro móvel (mais barato) ou um de bobina móvel é ligado aos terminais de
saída da fonte, para a leitura do valor atual da tensão.
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e) O bloco de proteção contra curtos-circuitos emprega um transistor PNP de uso
geral (BC558) e dois diodos (BAX17 ou BAX18). Quando a ddp na saída cai à zero
(devido a um indesejável curto-circuito), essa etapa é acionada reduzindo
drasticamente a corrente que circula pelo transistor de potência, evitando assim
danos à ponte retificadora, no transformador e demais componentes sujeito a
sobrecarga.
7. Formas de ondas encontradas em uma fonte de alimentação linear.
8. CI-555 – Funcionamento
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CI 555
Pino 1 (Terra) - Alimentação negativa.
Pino 2 (Disparo) - Uma queda de tensão neste pino no valor de 1/3 de VCC
causa a mudança de estado do CI passando a saída (Pino 3) de zero volts a VCC.
Uma vez disparado, colocando-se o pino 4 (reset) aterrado ou o nível de tensão do
pino 6 acima de 2/3 de VCC, ocorre o desarme do CI, comutando o pino 3
novamente ao nível de zero volts.
Pino 3 (Saída) - Com o CI em estado desarmado se encontra em zero volts,
passando a VCC quando é disparado.
Pino 4 (Reset) - Uso normal em VCC. Quando ligado a terra provoca o
desarme do CI, passando a saída de VCC para terra.
Pino 5 (Tensão de referência) - É ligado internamente ao divisor de tensão
no ponto de nível 2/3 de VCC. Quando polarizado externamente provoca uma
variação no ponto de desarme, alterando o período de desligamento do circuito.
Geralmente é usado para modular em freqüência o circuito quando em
funcionamento como oscilador.
Pino 6 ( Limiar ) - Ponto da coleta de amostragem de tensão na malha de
temporização externa. Usado para provocar o desarme da saída através do
acionamento do pino R do flip flop, quando sua tensão ultrapassa 2/3 de VCC.
Pino 7 (Descarga) - Ligado internamente ao coletor do transistor T, este
entra em saturação quando o CI é resetado, é capaz de descarregar a tensão do
capacitor que se encontra na rede de temporização do circuito.
Pino 8 (VCC) - Alimentação de 4,5 a 18 v.
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8. Funcionamento Monoastável
O estado monoastável é conseguido colocando-se uma malha RC entre seu
pinos 6 e 7. Ao se acionar o circuito pela aplicação de um pulso negativo no pino 2,
após um certo período T a saída volta ao seu estado inicial de zero volts
("0").Podemos observar que o pino 4 se encontra diretamente ligado ao positivo da
alimentação fazendo com que o comando de reset do flip flop não seja usado. A
condição de reinicio está por conta do pino 6, que provocará o desativamento do
circuito logo que a tensão do capacitor ultrapasse 2/3 da tensão de VCC. Ao se ligar
o circuito, inicialmente o pino 2 e 4 se encontram no nível de VCC. O pino 6 estará
em nível 0, pois o capacitor se encontra descarregado. Esta condição faz com que o
FF mantenha o seu estado anterior, ou seja, a saída Q se mantém em zero "0"
mantendo a saída 3 também a "0" e o transistor T à saturação curto circuitando o
capacitor C2 (pino 7). Ao ser aplicado um pulso negativo com uma tensão abaixo de
1/3 de VCC no pino 2 o comparador CP2 será resetado acionando a entrada S do
FF, ocorre então o seu acionamento levando a saída Q ao estado "1" ou VCC, esta
condição leva também a saída ao estado ON através do buffer e coloca o transistor
em estado de corte, liberando assim a carga de C2. Agora um processo de carga se
inicia e a tensão no capacitor começa a crescer exponencialmente. Quando esta
tensão chega ao nível de 2/3 de VCC, através do pino 6 o comparador CP1 será
comutado a nível "1" fazendo com que o FF seja resetado, isto levará a saída Q do
FF a nível "0", levando a saída a "0", o transistor à saturação e provocando a
descarga de C2. Esta condição permanecerá até que um novo pulso seja aplicado
ao pino 2.·.
9. Modulação de freqüência
Polarizando externamente o pino 5 é possível fazer uma modulação de
frequência, pois o ponto de desarme será afetado fazendo com que o período do
sinal seja alterado. Na figura abaixo temos a forma de onda da saída do oscilador
acima modulado através do pino5 por um gerador de funções. No canal 1 o sinal da
saída no pino 3, no canal 2 o sinal da entrada no pino 5 proveniente do gerador e
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tensão, veja na próxima figura o nível a tensão aplicada no pino 5 medida pelos
cursores.
A tensão de entrada varia de 1,2 a 7,8V fazendo com que a frequência
também varie no tempo. Podemos observar pelo canal 1 que a duração dos pulsos
da saída 3 são desiguais.·.
Este é o comportamento básico deste CI que há vários anos vem sendo
aplicado nos projetos e processos, na indústria eletro eletrônicos, devido a sua
versatilidade. Este componente é utilizado até hoje em muitos projetos eletrônicos.
10. CI 4017- Funcionamento
O CI CMOS 4017 é um contador sequencial e divisor por 1 até o 10, que
funciona através de um sinal de clock (pulsos quadrados) na entrada via o pino 14 e
que tem as suas saídas operacionais de 1 a 10 (pinos 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9 e 11
respectivamente) e mais uma saída de pulso mais longo via o pino 12, a cada 10
pulsos na entrada (14). Os pinos 15 e 13 servem para resetar o contador, e para
manter o contador em funcionamento. Desse modo, os pinos 15 e 13 são mantidos
“negativados” para um funcionamento sequencial de 1 a 10; “positivando-se” o pino
15, o contador é resetado (volta ao estado + no pino 3) e fazendo o mesmo com o
pino 13 a contagem é congelada na saída que estiver habilitada na hora. Esse é um
dos CIs mais versáteis da família CMOS.
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11.CI 4017- Características
Contador divisor por 10 acionados por borda de subida, suas saídas 0 a 9 são
comutadas sequencialmente, permanecendo apenas uma por vez em nível 1. Em
qualquer saída encontra-se um sinal com 1/10 da frequência aplicada ao clock do
componente, já que uma determinada saída só será habilitada após a habilitação de
toda a sequência.
Invólucro DIP-16
EM – Em nível 1 inibe a contagem do sinal
RS – Em nível 1 zera a contagem, levando o pino de.
ordem 0 a nível alto
CK – Entrada de Clock
Cout – Saída de carry, usado para utilização de múltiplos estágios.
Gráfico das saídas em função do sinal de clock
12.Diodo Retificador de corrente
16
O diodo é um componente elétrico que permite a passagem de corrente
elétrica em apenas um sentido, dependendo de tensão aplicada ele conduz em
sentido reverso (saturado), por isso é amplamente utilizado em circuitos
retificadores.
13.LED
O nome deste componente deriva das primeiras letras da sua designação
em inglês: Light Emitting Diodo. Em português chama-se Diodo Emissor de Luz.
Emite luz quando é percorrido por corrente. Só conduz num sentido. É muito usado
como indicador de algum acontecimento: circuito ligado, falha, etc.
14.Resistência
Uma resistência é um componente muito utilizado em circuitos eletrônicos.
As suas utilizações derivam de limitar o valor da corrente e produzir uma queda de
tensão. Há vários tipos de resistências, sendo de carvão a representada na figura.
15.Rele
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Um relé é um interruptor acionado eletricamente. A movimentação física deste
interruptor ocorre quando a corrente elétrica percorre as espiras da bobina do relé,
criando assim um campo magnético que por sua vez atrai a alavanca responsável
pela mudança dos estados dos contatos. Ao cessar a corrente da bobina o campo
magnético também cessa, fazendo com que os contatos voltem para a posição
original.
16.Capacitor Eletrolítico
O Capacitor eletrolítico internamente é composto por duas folhas de alumínio,
separadas por uma camada de óxido de alumínio, enroladas e embebidas em um
eletrólito líquido (composto predominantemente de ácido bórico ou borato de sódio).
Por ser composto por folhas enroladas, tem a forma cilíndrica(lembrando que o
cilindro não é perfeito,visto que possui uma área de Secção menor na parte de baixo
em relação a de cima). Suas dimensões variam de acordo com a capacitância e
limite de tensão que suporta. É um tipo de capacitor que possui polaridade, ou seja,
não funciona corretamente se for invertido.
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Os capacitores permitem armazenar pequenas quantidades de energia,
absorvendo variações na corrente e entregando um fluxo estável para os
componentes ligados á ele.
17.Transistor BC548
O transístor é um componente eletrônico semicondutor com várias funções,
nomeadamente: amplificador de sinal (tensão), comutador de circuitos e amplificador
e regulador de corrente.
A palavra transistor resultou da justaposição das palavras transfer + resistor,
isto é, resistência de transferência, visto que poder ser considerado como uma
resistência fixa ou variável colocada entre o gerador e a carga.
18.Potenciômetro
Basicamente, potenciômetros são resistores com uma derivação central.
Assim, a resistência entre seus dois terminais extremos é fixa em seu valor nominal.
Como o valor de resistência entre uma das extremidades e a derivação central é
variável e dependerá do posicionamento do cursor.
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19.Parte Pratica
Amostragem da montagem do circuito na placa
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21
20.Placa eletrônica pronta.
Caixa com circuito montado
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21.Conclusão
Ao fazermos esse projeto, concluímos que foi o mais trabalhoso até então,
mas que nos proporcionou uma maior interatividade na elaboração e construção e
maior enfoque com a nossa formação. No desenvolvimento do projeto,com a troca
de experiência entre os componentes do grupo, adquirimos novos conhecimentos
em eletrônica, eletricidade AC/DC, potências, componentes suas aplicações e
funcionalidades, etc. Utilizando um software de simulação, pudemos verificar e testar
o funcionamento do sistema em construção. Facilitando assim a conclusão de nosso
projeto. Também podemos citar a parte pratica que nos possibilitou antever e
vivenciar a realidade da nossa formação, ou seja, o que vamos enfrentar
profissionalmente.
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