Pager via Rede

Escrito por Newton C. Braga
Ter, 16 de Fevereiro de 2010 12:22

Descrevemos um sistema simples de chamada remota para ser usado dentro de empresas ou dentro de um grande ambiente. Com ele é possível localizar um funcionário que esteja em algum departamento remoto ou sala usando um sinal de alta frequência que se propaga via rede de energia. Veja como é simples ter um sistema pessoal deste tipo para sua empresa ou mesmo prédio de apartamentos.



Num sistema de Radio Chamada ou Pager existe uma estação transmissora que envia sinais codificados que só são reconhecidos por aparelhos previamente programados. Nos sistemas antigos o reconhecimento do sinal fazia tocar um bip que levava o assinante a saber que alguém tinha uma mensagem importante. Neste caso, ele procurava o telefone mais próximo e ligando para a estação podia receber a mensagem. Nos sistemas modernos, uma vez que o sinal seja reconhecido, o receptor registra a mensagem enviada de forma digital e a apresenta numa tela de cristal líquido, conforme mostra a figura 1.




Estes sistemas operam na faixa de VHF e possuem um bom raio de alcance apenas havendo as mesmas limitações dos telefones celulares em relação a certas zonas em que existem obstáculos grandes ou alto nível de interferência.
Para um sistema que dê cobertura a uma cidade precisamos de um transmissor de muita potência, vários quilowatts e receptores sensíveis.
No entanto, podemos ter versões de potência limitada para operação dentro de um ambiente doméstico ou comercial. Podemos até eliminar a necessidade de usar um transmissor de rádio e partir para outros meios que podem até ser mais eficientes dependendo das condições locais de propagação.
A idéia apresentada neste artigo é justamente usar um sinal que se propaga pela rede de energia e assim pode ser captado em qualquer ponto em que exista uma tomada de força conforme mostra a figura 2.



Assim, para o usuário basta conectar o receptor a qualquer tomada próxima e realizar o trabalho programado. Quando este usuário precisar ser localizado uma central emite um sinal que então provoca o acionamento de um sinalizador.
Ao tocar o sinalizador o usuário sabe que ele está sendo procurado pela "central" bastando então procurar o telefone mais próximo e saber do que se trata.
Um funcionário de manutenção que trabalha percorrendo salas de uma grande empresa, escola, hospital ou de um prédio, pode ser localizado a qualquer momento por este sistema.
Como o circuito pode operar em uma faixa bastante ampla de frequências, entre 40 kHz e 120 kHz muitos aparelhos podem ser usados, o que leva a possibilidade de diversos funcionários terem seus "pagers".
A sensibilidade do circuito é boa e somente em casos especiais em que existem redes separadas do mesmo prédio é que podem ocorrer problemas de alcance. Para estes casos damos as possíveis soluções.

CARACTERÍSTICAS
a) Transmissor
* Tensão de alimentação: 110/220 VAC
* Frequência de operação: 40 a 120 kHz
* Potência do transmissor: 2 W (tip)
b) Receptor
* Decodificador: PLL
* Alimentação: 110/220 VCA


COMO FUNCIONA
O transmissor usa um oscilador com o conhecido circuito integrado 555 para gerar um sinal na frequência de 40 a 120 kHz.
Uma das portas deste circuito integrado é ligada como um oscilador onde a frequência é determinada basicamente pelo ajuste de um trimpot. No nosso circuito básico vamos imaginar uma aplicação em que existam três canais.
Desta forma existem três trimpots que devem ser ajustados independentemente para frequências bem diferentes quando o interruptor de chamada correspondente for pressionado.
O sinal deste oscilador é levado as outras três portas do circuito integrado 4093 que funcionam como um buffer-amplificador digital.
Da saída destas três portas o sinal é levado a um transistor de potência que fornece o sinal final para aplicação na rede de energia.
Esta aplicação é feita através de um transformador enrolado num bastão de ferrite e de dois capacitores de poliéster.
A fonte de alimentação consiste num pequeno transformador que é ligado à rede de energia, dois diodos e um capacitor de filtro. Não há necessidade de regulagem já que o circuito funciona bem com tensões de 6 a 15 Volts.
No receptor temos inicialmente um transformador com núcleo de ferrite acoplado à rede de energia por um capacitor de poliéster. Por este transformador passam os sinais de alta frequência que devem ser aplicados à entrada de um PLL com o circuito integrado LM/NE567.
Dois diodos em oposição na entrada evitam que transientes ou surtos de alta tensão da rede de energia possam causar problemas ao circuito integrado.
A sintonia do PLL é feita por um trimpot que deve ser ajustado para a frequência correspondente do canal do transmissor.
Enquanto o circuito integrado PLL não reconhece o sinal do transmissor sua saída permanece no nível alto e com isso o LED indicador apagado.
Da mesma forma o circuito integrado CI-2A (uma das portas do 4093) que é ligado como inversor tem sua saída no nível baixo.
Isso faz com que os osciladores montado em torno de CI-2b, e CI-2c se mantenham desabilitados.
Quando o circuito PLL reconhece o sinal da estação transmissores (para isso ele precisa de pelo menos 50 mV) sua saída vai ao nível baixo e com isso a saída do inversor com CI-2b vai ao nível alto habilitando o oscilador.
O resultado é a produção de um tom de áudio intermitente que é combinado na última porta do CI-2 e levado a um transdutor.
A frequência dos bips é dada por C6 enquanto que a intermitência é dada por C7.
A fonte de alimentação consiste num transformador, dois diodos e um capacitor, não havendo necessidade de regulação. Observamos entretanto que a tensão máxima de alimentação do 567 é de 10 V.
Um dos problemas comuns deste sistema é que os sinais de alta frequência podem ser bloqueados ou desviados para a terra se existir um transformador ou outro componente em seu percurso.
Isso, em especial ocorre se o transmissor estiver ligado a uma fase e o receptor a outra de uma mesma instalação, conforme mostra a figura 3.



Num caso como este, o problema pode ser resolvido com a ligação de um capacitor de 100 nF x 600 V entre as duas fases. O capacitor oferece um percurso de baixa impedância para os sinais de alta frequência que podem então passar de ma rede para outra.


MONTAGEM
Na figura 4 temos o circuito completo do transmissor.



O transistor de potência pode ser qualquer NPN Darlington de pelo menos 3 ampères e deve ser montado num pequeno radiador de calor. Pode também ser usado um FET de potência sem alterações no circuito.
O leitor deve apenas tomar cuidado para identificar corretamente os terminais de coletor, emissor e base no caso do bipolar e fonte, dreno e gate no caso do FET.
L1 é formada por 50 a 100 voltas de fio 26 a 28 AWG num bastão de ferrite de 0,8 a 1 cm de diâmetro e de 10 a 15 cm de comprimento.
L2 consiste em 150 a 200 voltas do mesmo fio enroladas sobre L1.
Os capacitores C3 e C4 devem ter uma tensão de isolamento de pelo menos 400 V.
O capacitor eletrolítico C2 deve ter uma tensão de trabalho de pelo menos 12 V.
Para a fonte de alimentação o transformador deve ter um enrolamento primário de acordo com a rede de energia local e um secundário de 6 + 6 V com pelo menos 800 mA.
Na figura 6 mostramos como o conjunto pode ser instalado numa pequena caixa com botões de chamada para ficar ao lado de uma telefonista ou secretária, sendo ativado conforme solicitação.



Na figura 7 temos o diagrama completo do receptor que faz uso de um PLL.



A montagem do receptor numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 8.



Este receptor pode ficar numa pequena caixa plástica que será carregada pelo usuário e ligada a qualquer tomada do local em que ele estiver trabalhando.
O transformador de alta frequência é formado pelas bobinas L1 e L2.
L1 consta de 150 voltas de fio 26 a 30 AWG num bastão de ferrite de 0,8 a 1 cm de diâmetro e comprimento de 10 a 15 cm. A bobina L2 consta do mesmo número de espiras sobre L1.
O capacitor C1 deve ser de poliéster com uma tensão de trabalho de pelo menos 400 V.
O transdutor consiste numa cerâmica piezoelétrica de alta impedância ou mesmo numa cápsula de microfone de alta impedância. Não deve ser usado transdutor de baixa impedância ou alto-falante para esta finalidade.
O LED indicador pode ser de qualquer cor e é opcional. Os diodos admitem equivalentes inclusive os da fonte de alimentação.
Para a fonte de alimentação é usado um pequeno transformador com enrolamento primário de acordo com a rede de energia e secundário de 6 + 6 V com corrente a partir de 150 mA.
Se montado numa caixa suficiente pequena, ele pode incluir a tomada de encaixe conforme mostra a figura 9 ficando assim mais fácil seu uso.



AJUSTE E USO
Para os testes iniciais ligue o transmissor e o receptor numa mesma rede de energia. Coloque inicialmente P1 do transmissor para uma posição correspondente a 1/3 de seu giro.
Depois, vá apertando S1 que ativa o oscilador cuja frequência é controlada por P1, e ajuste no receptor o trimpot até captar o sinal. Quando isso ocorrer o LED deve acender e o oscilador deve entrar em ação.
Tome cuidado para fazer a sintonia correta pois estando perto esta sintonia ocorre numa faixa larga de frequências.
Para fazer o ajuste fino, evitando o sinal potente, mantenha apertado S1 e vá para uma sala mais distante com o receptor ajustando então o trimpot para a correta sintonia.
Na figura 10 damos um circuito adicional que pode ser usado para aumentar a sensibilidade do receptor caso nos locais mais distantes do ambiente de operação o sinal não for captado.



Comprovado o funcionamento de um receptor passe à unidade seguinte se seu sistema usar mais de um canibal. Ajuste o trimpot P2 para 1/2 de seu giro e depois da mesma forma P3 para 2/3.
Com mais de 5 canais pode ficar difícil fazer a sintonia dado o fato de que o sistema PLL pode disparar com certa facilidade quando capta frequências harmônicas do sinal fundamental emitido.
Assim, se um canal for ajustado para 40 kHz e outro para 80 kHz existe a possibilidade deles se interferirem.
Frequências ideais para ajuste são 40 kHz, 60 kHz e 95 kHz.
Os valores estão bem separados e as harmônicas não são coincidentes. Se o leitor usar um frequencímetro para ajuste terá mais facilidade em consegui-lo principalmente se o sistema usar diversos canais.
Se o sistema não operar com fases diferentes da rede use o capacitor entre elas. Este capacitor pode ser conectado na própria caixa de entrada de energia, conforme foi mostrado na figura 3, no início do artigo.
LISTA DE MATERIAL
a) Transmissor
Semicondutores:
CI-1 - 4093 - circuito integrado CMOS
Q1 - TIP111 ou equivalente - transistor Darlington NPN de potência
D1, D2 - 1N4002 ou equivalentes - diodos retificadores de silício
Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 1 M ohms
R2, R3, R4 - 4,7 k ohms
R5 - 1 k ohms
P1, P2, P3 - 100 k ohms - trim pots
Capacitores:
C1 - 1 nF - cerâmico ou poliéster
C2 - 1 000 uF/ 12 V - eletrolítico
C3, C4 - 10 nF - poliéster 400 V ou mais
Diversos:
S1, S2, S3 - Interruptores de pressão NA
T1 - Transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 6+6 V com 800 mA ou mais
L1, L2 - Bobinas - ver texto
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, cabo de força, fios, etc.

b) receptor
Semicondutores:
CI-1 - NE567 - Circuito integrado PLL
CI-2 - 4093 - Circuito integrado CMOS
D1, D2 - 1N4148 ou equivalentes - diodos de uso geral
D3, D4 - 1N4002 ou equivalentes - diodos retificadores de silício
LED - LED vermelho ou de qualquer cor comum
Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 1 k ohms
R2 - 47 k ohms
R3 - 1 M ohms ou 470 k ohms
P1 - 100 k ohms - trim pot
Capacitores:
C1 - 10 nF - poliéster para 400 V ou mais
C2 - 1 000 uF/ 12 V - eletrolítico
C3 - 4,7 nF - cerâmico ou poliéster
C4 - 22 nF - cerâmico ou poliéster
C5 - 10 nF - cerâmico ou poliéster
C6 - 33 nF - cerâmico ou poliéster
C7 - 1 uF - poliéster
Diversos:
L1, L2 - bobinas - ver texto
T1 - Transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 6 + 6 V com 150 mA ou mais
BZ - Transdutor cerâmico (ver texto)
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, cabo de força, fios, solda, etc.


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