Indicador de precedência

Escrito por Newton C. Braga
Dom, 24 de Abril de 2011 10:39

Saber qual interruptor ou sensor dentre diversos foi acionado em primeiro lugar pode ser uma necessidade em muitas aplicações práticas. Neste artigo descrevemos um indicador lógico de precedência ou prioridade que encontra aplicações na industria, em equipamentos de controle e também com finalidade lúdica e didática. Usando componentes TTL comuns ele pode ser modificado ou ampliado para atender as necessidades específicas dos projetistas.


Nota do Autor:
Este artigo foi originalmente publicado em um livro da série Experiências e Brincadeiras com Eletrônica, sendo depois ampliado por Flávio Bernardini em um artigo da seção de projetos dos Amigos e Colaboradores.


Este artigo não é novo, mas será atual por um bom tempo, pela sua utilidade, facilidade de montagem e obtenção de componentes. Uma versão com maior número de entradas e acionamento de relés ou lâmpadas pode ser encontrada na seção de artigos de colaboradores.

Introdução
Um indicador de precedência ou prioridade indica precisamente qual de um conjjunto de interruptores ou sensores foi acionado em primeiro lugar acendendo um LED de identificação.
Com finalidade lúdica é o jogo "quem apertou primeiro" e que pode ser usado em contestes ou mesmo competições esportivas para indicar precisamente qual dos corredores chegou em primeiro lugar a linha de chegada, conforme sugere a figura 1.





As aplicações industriais também existem, caso em que os interruptores simples podem ser substituidos por sensores dos mais diversos tipos, como por exemplo sensores de lâminas, microswitches ou reedswitches para indicar que parte de uma peça chegou antes ao ponto de acionamento e assim dar início a uma etapa seguinte de um processo.
O circuito, em sua versão básica, é mostrado para funcionar com seis interruptores de pressão, mas pode ser facilmente expandido com o uso de mais portas para um número maior conforme a aplicação desejada.
Como são usados circuitos integrados TTL o circuito deve ser alimentado com uma tensão de 5 V, mas o uso desta tecnologia tem algumas vantagens como por exemplo a possibilidade de interfaceamento direto com outros circuitos TTL.
Dentre as aplicações possíveis para este projeto sugerimos as seguintes:
a) Controle de máquinas industriais
b) Controle de processo
c) Detecção de falhas em equipamentos industrias
d) Competições esportivas
e) Jogos de perguntas e respostas
f) Gincanas

Como Funciona
A idéia básica do projeto é utilizar células de memória elaboradas com inversores que, ao mesmo tempo que registram qual dos interruptores foi pressionado em primeiro lugar, imediatamente inibem o acionamento de qualquer outra célula do circuito.
Isso é feito no nosso caso com inversores TTL do tipo 7404 que são ligados de modo a formar uma célula regenerativa, conforme mostra a figura 2.





Quando a entrada desta célula recebe um pulso positivo (nível alto) a saída de IC1-a vai ao nível baixo e com isso o inversor seguinte IC1-b tem sua saída indo ao nível alto. Como esta saída está ligada à entrada da célula, temos a realimentação do circuito que então se mantém neste estado mesmo depois do pulso de entrada desaparecer.
Na aplicação que temos em mente não basta apenas memorizar o pulso, mas também impedir que qualquer outra céula seja acionada quando uma delas (a que foi acionada primeiro) tiver um bit armazenado.
Isso é feito com um circuito auxiliar com dois transistores que opera de uma forma muito simples:
Este circuito fornece a alimentação para as chaves apenas até o momento em que uma delas entre em ação. Quando uma delas é acionada o circuito corta e deixa de fornecer a tensão de 5 V para o acionamento de qualquer outra célula.
Para ressetar o circuito basta cortar a alimentação por um instante o que pode ser feito tanto por um interruptor de pressão do tipo normalmente fechado como pelo próprio interruptor que liga e deslia a alimentação.
A alimentação deve ser feita com uma tensão de 5 V que tanto pode ser obtida de fonte apropriada que será dada no decorrer do projeto como de pilhas com uma pequena adaptação.
Recursos adicionais que podem ser pevistos pelos leitores incluem o uso de um relé para que, quando um determinado sensor ou interruptor seja o acionado em primeiro lugar ou ainda recursos para que a indicação num display de 7 segmentos seja dada com o número direto do sensor acionado. Isso pode ser feito com uma matriz de diodos.
Neste circuito de exemplo, o brilho dos segmentos é baixo dada a pequena capacidade de corrente de saída das portas TTL. Para uma indicação de maior intensidade etapas de amplificação podem ser previstas.

Montagem
O circuito completo da versão usa três interruptores de pressão é mostrada na figura 3.





O leitor pode expandir o circuito usando mais unidades do circuito integrado 7404, cada qual suportando mais 3 LEDs indicadores.
A placa de circuito impresso para a montagem desta versão é sugerida na figura 4.





Somente se outros dispositivos forem agregados como por exemplo, relés ou displays de maior consumo é que este CI regulador de tensão precisará de um radiador de calor.
Na montagem original observe a polaridade dos LEDs, que podem ser de qualquer cor e peeferivelmente use um soquete para os circuitos integrados TTL.
Os fios de conexão aos interruptores ou sensores podem ser longos. Numere os interruptores ou use fios de cores diferentes para maior facilidade na sua identificação.
Uma possibilidade interessante de montagem é mostrada na figura 5 onde os interruptores são montados em pedaços de cano de PVC de 2,5 cm (1 polegada) com fios de 4 ou 5 metros com um plugue do tipo P2 para conexão.





Esta versão é ideal para uso do aparelho em competições.
Os resistores são todos de 1/8W com 5% de tolerância ou mais e o caopacitor C1 tanto pode ser cerâmico como de poliéster.
Os diodos são de uso geral 1N914, 1N4148 ou qualquer outro.

Prova e Uso
Para provar o aparelho basta alimentá-lo e verificar se algum LED acende. Se isso ocorrer, pressione o interruptor de resset por um instante ou desligue e ligue novamente o aparelho.
Se o mesmo LED insistir em acender, verifique se não existe algum problema com o CI que o controla, desligando e antrada correspondente.
Uma vez que todos os LEDs estejam apagados pressione dois interruptores ao mesmo tempo. Apenas o LED correspondente a um deles deve acender.
Se houver problemas de acionamento tente alterar o valor de R1 que pode ficar entre 56 k Ω e 120 k Ω. Isso pode ser necessário em função do ganho dos transistores que tem uma faixa muito ampla de valores para os tipos BC548/BC558.
Teste diversas combinações de acionamento para ter certeza de que todos os interruptores estão atuando sobre as células de memória correspondentes.
Comprovado o funcionamento é só utilizar o aparelho.
Para isso, rearme o circuito e coloque a disposição dos competidores os interruptores correspondentes.
Dê o sinal quando eles tiverem de pressionar os interruptores numa competição.
Para outras aplicações, os interruptores podem ser substituidos por sensores, como por exemplo na mostrada na figura 6.





Esta configuração pode ser usada num experimento de física para se detectar qual dos objetos chega primeiro ao final de uma rampa.
A mesma configuração pode ser usada no controle de uma máquina industrial.

Lista de materiais:


Semicondutores:
CI-1 - 7805 - circuito integrado regulador de tensão
CI-2 - 7404 - circuitos integrados TTL - hex inverters (seis inversores)
Q1- BC558 ou equivalente - transistor PNP de uso geral
Q2 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral
D1 a D3 - 1N4148 - diodos de uso geral de silício
LED1 a LED3 - leds vermelhos ou de outra cor comuns
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1 - 82 k Ω - cinza, vermelho, laranja
R2 - 1 k Ω - marrom, preto, vermelho
R3, R5 - 47 k Ω - amarelo, violeta, laranja
R4 - 10 k Ω - marrom, preto, laranja
R6, R7, R8 - 330 Ω - laranja, laranja, marrom
R9, R10, R11 - 4,7 k Ω - amarelo, violeta, vermelho
R12 - 270 Ω - vermelho, violeta, marrom
Capacitores:
C1, C2 - 100 nF - Cerâmico ou poliéster
Diversos:
S1 a S3 - Interruptores de pressão simples normalmente abertos (NA)
Placa de circuito impresso, suporte para pilhas, caixa para montagem, fios, solda, etc.



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