Tutorial ponte H

Publicado: 14 de outubro de 2010 em Robótica

1 – Introdução
Esse tutorial abordará a confecção de uma placa para uma ponte H, um circuito eletrônico destinado ao controle de motores DC. Ligando-a à saída digital do MEC1000 ou do KDR5000, é possível fazer o controle do sentido da rotação de um motor DC.

2 – Material
O material necessário para a montagem de uma ponte H é 2 transistores NPN (BC548, por exemplo), 2 transistores PNP (BC558, por exemplo), 4 resistores de 510 Ohm, 4 diodos 1N4004, um conector latch macho, um borne de 2 terminais (opcional) e um motor DC de pequeno porte.

3 – Montagem
Apesar de não ser tão conhecida, um dos circuitos mais importantes na elaboração de sistemas automatizados é a ponte H. Trata-se de um circuito utilizado para controlar um motor DC a partir de sinais gerados por um microcontrolador. Devido à disposição dos seus componentes, tornase extremamente fácil selecionar o sentido da  rotação de um motor, apenas invertendo a polaridade sobre seus terminais. Também é importante para a utilização com circuitos digitais, pois como os sinais de saída dos microcontroladores não suportam a corrente necessária e nem  possuem a tensão adequada para acionar um motor, é necessária uma unidade de potência que possa alimentá-lo convenientemente.
Quando ligamos um motor DC com uma bateria, observamos que ele gira numa velocidade constante e numa única direção. Para alterarmos o sentido da rotação do motor, basta apenas ligar os terminais do motor de forma invertida. Para que não seja necessário fazer essa operação manualmente, podemos utilizar uma ponte H. Pode-se criá-la facilmente com a finalidade de controlar o sentido da rotação de um motor utilizando chaves simples, relés ou transistores, bastando apenas entender o seu funcionamento. Uma ponte H básica é composta por 4 chaves mecânicas ou eletrônicas posicionadas formando a letra “H”, sendo que cada uma localiza-se num extremo e o motor é posicionado no meio.

imageFigura 1. Representação de uma ponte H.

Para que o motor funcione, basta acionar um par de chaves diagonalmente opostas, o que faz com que a corrente flua do pólo positivo para o negativo atravessando o motor e fazendo-o  girar. Para inverter a rotação, desligamos essas chaves e acionamos o outro par de chaves, o que faz com que a corrente siga na direção oposta e, consequentemente, o sentido da rotação do motor será alterada.

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Figura 2. Representação do uso de uma ponte H.

Caso as duas chaves superiores sejam acionadas, você terá um eficiente mecanismo de freio, o mesmo ocorrendo se as duas chaves inferiores forem acionadas. Isso ocorre porque o motor, como todo componente indutivo, gera uma tensão entre os seus terminais. Quando os terminais do motor são conectados no mesmo pólo, fazemos um “curto-circuito” no motor, e a tensão que gerada pelo motor força-o a girar na direção oposta, fazendo com que ele pare instantaneamente. Mas se todas as chaves forem fechadas, o circuito será desligado e caso o motor estivesse girando, ele parará suavemente.
Deve-se tomar muito cuidado para não acionar as chaves de um mesmo lado do “H” simultaneamente. Isso faz com que o fluxo de corrente vá direto do pólo positivo para o negativo, causando um curto-circuito fatal para a fonte de alimentação e para os componentes eletrônicos envolvidos no circuito.

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Figura 3. Situação que NÃO PODE OCORRER ao usar uma ponte H.

Para a aplicação da ponte H com o MEC1000 ou o KDR5000, não faz sentido usar chaves mecânicas. Dentre as chaves eletrônicas, o uso de transistores é o mais conveniente, devido a sua funcionalidade e fácil aplicação. Quando a Base do transistor é devidamente polarizada, ele é capaz de conduzir uma corrente entre seus terminais Coletor e Emissor. No caso dos transistores NPN, a condução da corrente se dará do Coletor para o Emissor, enquanto que nos transistores PNP, a corrente será conduzida do Emissor para o Coletor. Os transistores NPN (do qual o modelo BC548 é um exemplo) conduzem a corrente quando há um nível lógico alto em sua Base. Já os transistores PNP (onde podemos citar o BC558) conduzem a corrente quando há um nível lógico baixo em sua Base.
O uso de transistores também é recomendável devido às características dos sinais das saídas digitais, cujo nível de tensão é de 3,3V e a corrente máxima e de aproximadamente 20mA.

Para que o microcontrolador seja capaz de acionar o motor, é necessário que esse sinal seja amplificado, até que seja capaz de suprir o consumo do motor. Como um motor DC comum consome uma corrente de aproximadamente 500mA, precisamos que o sinal de controle proveniente da saída digital seja capaz de acionar esse motor. Para isso, utilizamos o transistor também como um amplificador. Sabendo que os modelos BC548 e 558 possuem um ganho de
aproximadamente 100 vezes e que a corrente que polarizará a base do transistor será então de 5mA, devemos calcular então o valor do resistor a ser adicionado em sua base, utilizando a lei de Ohm.

V = R.· I
3,3V – 0,7V = R · 0,005A
2,6V = R
0,005A
R = 520Ω

Observando o cálculo realizado, observamos que da voltagem de 3,3 V a ser aplicada na base do transistor, foi subtraído o valor de 0,7 V. Devemos nos lembrar que os transistores utilizam os mesmos materiais que os diodos e em ambos há uma queda de tensão entre seus terminais, de aproximadamente 0,7 V. O valor obtido, de 520Ω, não é encontrado comercialmente, mas podemos utilizar 510Ω, que é o resistor mais próximo, ou então até mesmo 470Ω.
A aplicação de transistores só possui um problema: quando eles são desligados, interrompendo a passagem de corrente do circuito, as propriedades indutivas do motor forçam a corrente a continuar fluindo, o que pode danificar os transistores. Para evitar possíveis danos, é adicionado um diodo em paralelo com cada transistor, com a finalidade de drenar a corrente que poderia forçar a passagem através dos transistores.
Após compreender todo o funcionamento da ponte H e visualizar a função de cada componente, já podemos elaborar um esquemático completo e o desenho da placa com o posicionamento das trilhas e dos componentes. O uso de um borne de dois terminais é opcional, mas é muito mais prático, pois torna muito fácil a troca do motor a ser utilizado com a ponte H. Mas nada impede que o motor seja soldado diretamente à placa.
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O trecho em vermelho é um jumper (pedaço de fio utilizado para ligar dois pontos inacessíveis por trilhas de cobre)

O procedimento para dar início a utilização da porta H é simples. Basta conectá-la apropriadamente às saídas digitais do MEC1000 ou do KDR5000, conectar o motor ao borne apropriado e então utilizar o programa de controle das saídas digitais para controlar o motor. O motor a ser utilizado deve ser um de pequeno porte. Para motores DC de tamanhos maiores, é recomendável utilizar transístores que suportem maiores correntes.
Vamos agora analisar detalhadamente o funcionamento da ponte H, observando o esquemático do circuito mostrado acima. Quando há um nível lógico alto na saída digital 0, o transistor Q1, que é um PNP, não conduzirá corrente entre os terminais, enquanto que o transistor 2, que é um NPN, poderá conduzir. Havendo um nível lógico baixo na saída digital 2, o transistor Q3 conduzirá a corrente, mas o Q4 não será capaz de fazê-lo. Sendo assim, temos uma corrente  que flui entre os transistores Q3 e Q2, acionando o motor. Para alterar o sentido da rotação do motor, basta inverter o nível lógico das saídas digitais.
Quando os níveis lógicos das duas saídas digitais forem iguais, o motor parará de girar, pois nesse caso, acionaremos os dois transistores superiores (Q1 e Q3) ou inferiores (Q2 e Q4) da ponte H simultaneamente.
É importante ressaltar novamente que não se deve ligar dois transistores de um mesmo lado do “H”, ou seja não se pode ligar os transistores Q1 e Q2 ou então Q3 e Q4 ao mesmo tempo, pois assim causaremos um curto-circuito na fonte de alimentação, danificando permanentemente todos os componentes da ponte H. Seguindo detalhadamente o esquema e o diagrama da placa de circuito impresso mostradas aqui, isso é impossível, mas é importante ter conhecimento desse fato.

Créditos: Maxwell Bohr

Protocolo I2C

Publicado: 14 de outubro de 2010 em Protocolos

Protocolo I²C ou IIC

O protocolo I²C foi desenvolvido pela Philips em 1996, e veio para ficar pois este permite uma boa modelarização das comunicações, baixando o tempo e custo de desenvolvimento de dispositivos, assim como uma grande flexibilidade no funcionamento, consumindo pouca corrente, e sendo bastante imune a ruídos.

Deixemos-nos de teorias pois não é o objectivo deste artigo, existe muita informação sobre este barramento e por isso vamos tentar apenas criar aqui um local de fácil compreensão e consulta do protocolo.

Começamos então pelo modo Standard, ou Single Master.

O barramento é conhecido por utilizar apenas dois fios para comunicação entre vários dispositivos electrónicos (128 slaves creio eu devido à estrutura que iremos analisar mais à frente.), mas contudo este necessita de 4 fios, dois de alimentação, e os dois fios de dados.

Estes são então:

  • VCC (normalmente +5V)
  • GND (massa comum entre os equipamentos, muito importante para que quando os dispositivos queiram dizer zero, o consigam dizer de forma perceptível para todas as outras máquinas)
  • SDA (Serial DAta Line)
  • SCL (Serial CLock)

No esquema a baixo pode-se facilmente identificar a estrutura da rede:

R –> pullup opcional, raramente são mencionadas mas devem de se usar entre 4KOhm a 10KOhm.

Assim, como na maioria dos barramentos, meter um fio a VCC (quer este seja a 5V ou até mesmo a 3,3V, pois testei a utilização de 3,3V para este barramento e funciona sem quaisquer problemas, mesmo com um master a comunicar e a ler entre 0V~5V) significa mete-lo a HIGH, ou a estado binário 1 (um).

E como é de calcular, se os estados são binários, serão o oposto ou seja meter um fio a GND (0V quer para um circuito entre 0V~5V quer para entre 0V~3,3V) significa mete-lo a LOW, ou estado 0 (zero).

Assim passo a mostrar o esquema de comunicações:

Passando então a explicar:

  • Start bit é gerado pelo Master
  • 7 bits de endereço são dados pelo master para dizer com que slave pretende comunicar
  • 1 bit indica se existe intenção de escrita ou de leitura nesse dispositivo
  • slave após se ter identificado com aquele endereço diz que tomou conhecimento
  • 1 byte (8 bits) de dados são mandados para o slave ou pelo salve dependendo da intenção anterior de R/W
  • após cada thread de dados um ack bit é dado pelo outro dispositivo para dizer que recebeu o byte inteiro
  • a tarefa repete-se desde o ponto 5 até que seja dado o stop bit representado por um Fim no esquema

Bits de start e de stop:

Outras condições de estado:

  • SDA só pode variar com SCL a LOW, e quando SCL subir SDA tem que se manter estável até que SCL desça. Qualquer variação de SDA enquanto SCL esta a HIGH será interpretado como um START ou STOP bit.
  • O dispositivo que está endereçado naquele momento ou acaba de ficar endereçado deve de responder com um acknowledge bit após cada byte transmitido. O master gerará um SCL extra após cada byte, ao qual o slave deverá fazer pull down do SDA para que o master saiba que o byte foi bem recebido.

O Diodo

Publicado: 14 de outubro de 2010 em Componentes

No artigo sobre como se acende um LED acabei por falar de díodos. Disse que o LED tem um ánodo e um cátodo, o qual causa uma queda de tensão de um certo valor, que é polarizado e mostrei o seu símbolo eléctrico. Tudo isto se aplica a um díodo comum, com pequenas variações: a queda de tensão provocada por um díodo comum é de aproximadamente 0.7 V, e o símbolo é muito parecido com o do LED, só não tendo as 2 “ondas” (que representam a luz que sai do LED). No símbolo mais comum do LED, estas ondas são apenas setas retas, e tem uma bola em redor.

D�odo e LED

Caracteristicas do diodo:

Só conduz corrente eléctrica num sentido, do ánodo para o cátodo.

Só começa a conduzir corrente quando a tensão aplicada é igual ou superior a 0.7 V.

Quando conduz corrente, causa uma queda (redução) de tensão de 0.7 V.

 

1. Só conduz corrente eléctrica num sentido, do ánodo para o cátodo.
A melhor forma de perceber é utilizar um LED como exemplo, e vou utilizar o mesmo circuito do artigo sobre como acender LEDs. A figura abaixo mostra 2 versões desse circuito. A versão à esquerda é a habitual, que usamos para acender o LED; a corrente, a vermelho tracejado, circula do ponto positivo da fonte para o negativo, e o LED deixa passar essa corrente, acendendo. No circuito à direita, o LED está ligado “ao contrário”, e desta forma impede a corrente de circular; o LED mantém-se apagado. Portanto o LED só deixa passar a corrente eléctrica num sentido, do ánodo para o cátodo tal como acontece no circuito da esquerda: a corrente entra pelo ánodo e sai pelo cátodo! Repare-se como o símbolo do próprio díodo é uma seta que aponta no sentido em que deixa passar a corrente.

O Led (d�odo) como válvula unidireccional

Muitas vezes é feita uma comparação da corrente eléctrica a circular num circuito com a água a circular em canos. É possível ter num cano de água um dispositivo semelhante a um díodo:

Analogia com a água

As 2 portas, a castanho, abrem-se facilmente empurradas pela força da água, deixando-a passar, desde que a água circule da direita para a esquerda (por exemplo empurrada por uma bomba de água). Se ela vier da esquerda, então vai empurrar as portas de tal modo que estas fecham-se, impedindo a água de continuar a fluir para a direita. Um díodo faz a mesma coisa.
Outras analogias são as veias do nosso corpo, que têm válvulas que deixam passar o sangue apenas num sentido, e também os “pipos” das camaras de ar dos pneus, que apenas deixam passar o ar de fora para dentro (quando estamos a encher). São ambos exemplos de “díodos”, noutros domínios.

2. Só começa a conduzir corrente quando a tensão aplicada é igual ou superior a 0.7 V.
Esta característica é bastante auto-explicativa. Se a tensão da fonte que fornece energia ao circuito for inferior 0.7 V, o díodo não se deixa atravessar por corrente. Ele apresenta-se como um circuito aberto, tal como se tivessemos ligado o díodo ao contrário. Digamos que 0.7 V é a tensão mínima para que o díodo comece a funcionar. E isto leva-nos à última característica.

3. Quando conduz corrente, causa uma queda (redução) de tensão de 0.7 V.
Se voltarmos à analogia com a água e à figura do canal de água mais acima, podemos pensar que alguma da força da corrente da água é gasta a abrir e manter as portas abertas. Podemos pensar na força da água como sendo a tensão (força electromotriz), e assim a analogia completa-se. Se formos medir a tensão nos pinos de um díodo quando este está a conduzir corrente, vamor medir aproximadamente os 0.7 V, tal com nos circuitos com LEDs (mas neste caso a tensão depende da cor do LED).

Ok… então se os LEDs dão luz, o díodo comum faz o quê? Bom, os díodos começaram por ser utilizados como componentes rectificadores. Muito informalmente, rectificar é transformar um sinal AC num sinal DC. Num sinal AC a tensão varia entre valores negativos e valores positivos, e a sua aplicação a um díodo elimina uma metade do sinal, a metade positiva ou a metade negativa dependendo da forma como o díodo é ligado. No circuito abaixo temos uma fonte de tensão de 5 V AC, que é rectificada por um díodo que lhe remove a metade negativa do sinal, ficando uma tensão DC. O gráfico mostra o valor da tensão no ponto AC (a verde) e no ponto DC (a azul).

O d�odo como rectificador

Deve ter reparado na diferença de amplitude entre as 2 tensões… consegue adivinhar a que se deve? Sim? Não? E se eu te disser que essa diferença é de 0.7 V, ajuda  ? Pois é, é preciso não esquecer que o díodo causa uma queda de tensão de 0.7 V. A rectificação é usada por exemplo em receptores de rádio e fontes de conversão AC-DC (como um carregador típico de bateria de celular, que converte os 220 V AC da rede em 4 ou 5 V DC).

Humm… e é só para isso que o díodo serve? Não, na verdade, as utilizações do díodo estão apenas limitadas pela nossa imaginação! Mas exemplos típicos de utilização são: conversores DC-DC comutados, como referências de tensão baratas, como redutores de tensão, e para impedir que a ligação acidental de fontes de tensão “ao contrário” causem danos em equipamentos, entre outros. Em tempos também foram usados em electrónica digital, como portas digitais e na construção de memórias ROM. Acho que vale a pena falar um pouquinho mais acerca de algumas das utilizações típicas.

Imagina que tem um aparelho que é muito sensível e caro (por exemplo um auxiliar de audição), e portanto quer protegê-lo de vários tipos de acidentes. Um dos acidentes que pode acontecer é o utilizador do aparelho colocar as pilhas ao contrário por distração ou porque não leu o manual como deve ser. Uma forma de efetuar essa proteção é exactamente colocar um díodo em série com a fonte de alimentação (as pilhas).

Protecção contra inversão da tensão de alimentação

Como o díodo só conduz corrente eléctrica num sentido, se as pilhas forem colocadas ao contrário o díodo “barra” a passagem da corrente e não acontece nenhuma desgraça ao pobre aparelho. Nesta aplicação aproveitamos a característica nº 1 do díodo.

Com a 2ª característica do díodo pode fazer um circuito que verifica se um par de pilhas alcalinas de 1.5 V ainda tem carga suficiente, acendendo um LED em caso afirmativo:

Testador de pares de pilhas alcalinas de 1.5V

Uma pilha alcalina vulgar está completamente gasta se apresentar 1.1 V de tensão; vamos então arbitrariamente assumir para o nosso exemplo que se ainda medimos 1.25 V a pilha está boa. Neste caso, um par de pilhas alcalinas ainda tem bastante carga se der 1.25 V + 1.25 V = 2.5 V em utilização. Uma vez que o díodo comum só conduz corrente a partir de 0.7 V, e o LED vermelho só a partir de aproximadamente 1.8 V, temos que o díodo mais o LED resultam numa queda de tensão de 0.7 + 1.8 = 2.5 V. Logo, são precisos 2.5 V ou mais para que circule corrente no circuito e o LED acenda. Como precisamos de calcular uma resistência para limitar a corrente no LED, vamos usar o valor de tensão de um par de pilhas completamente novas: 3 V. Portanto, aos 3 V a corrente no LED não pode ser mais do que 0.02 A, que é a corrente máxima num LED vermelho. Calculamos então a resistência usando a Lei de Ohm: (3 V – 2.5 V) / 0.02 A = 25 Ω (podemos usar o valor comercial 33 Ω).

Agora imagina que tem um circuito que tem que ser alimentado por 2 tensões diferentes; uma é um valor qualquer de 4.5 V a 5.5 V e a outra é de 3.1 V a 3.4 V. Imagina também que só tem 6 V, tirados de 4 pilhas de 1.5 V ligadas em série. Uma forma de obter as tensões desejadas é pegar nos 6 V do conjunto das pilhas e aproveitar a 3ª característica do modelo de funcionamento do díodo para obter as tensões menores, como na figura.

Obter 5.3V e 3.2V a partir de 6V usando d�odos

O 1º díodo subtrai 0.7 V e portanto ficamos com 6 – 0.7 = 5.3 V, que está dentro do intervalo desejado de 4.5 V a 5.5 V. Depois adicionámos mais 3 díodos em série para reduzir ainda mais a tensão, ficando então com 6 – 0.7 – 3 x 0.7 = 3.2 V, que cumpre o requisito de termos um valor no intervalo 3.1 V a 3.4 V. Aqui usamos a característica que o díodo tem de reduzir a tensão em 0.7 V, para obter tensões diferentes da que tínhamos disponível.
Como nota final acerca deste circuito, é preciso dizer que ele só reduz realmente as tensões para os valores apresentados se houver alguma corrente a fluir pelos díodos. O díodo causa realmente uma queda de tensão, mas só quando flui corrente (lembram-se da regra 3 do modelo? Começa por dizer quando conduz corrente); isto bate certo com a Lei de Ohm, pois se a corrente é zero, não pode haver queda de tensão! Para termos um conversor utilizável na prática, teriamos que acrescentar uma resistência entre a saída 5.3 V e o negativo, e entre a saída de 3.2 V e também o negativo. Estas resistências fazem com que esteja sempre a fluir uma “correntezinha” mínima e assim os díodos a causar a queda de tensão. A resistência deve ser calculada para deixar fluir 1 mA de corrente, que é um valor pequeno para não se deperdiçar muita energia e ao mesmo tempo é um valor suficientemente grande para que o díodo funcione bem. Aplicando a Lei de Ohm podemos calcular essas resistências; por exemplo a resistência para a saída de 3.2 V deve ser 3.2 V / R = 0.001 A (Lei de Ohm, I = V / R) <=> R = 3.2 V / 0.001 A = 3200 ohms.

Já agora, existem outros tipos de díodo? Por acaso existem. Alguns dos mais conhecidos são o díodo Zener, o Varicap, o Fotodíodo e o Schottky.

Tipos de d�odos

O Zener é um díodo especial que em certas condições fixa uma certa tensão aos seus terminais; existem díodos Zener para várias tensões maiores que alguns volts, como 3.3 V ou 5.6 V, e são usados como reguladores e referências de tensão.

O Varicap é um díodo que funciona como um condensador variável controlado por tensão. Era utilizado por exemplo em sintonizadores de rádio “digitais”, até começarem a ser usados PLLs.

O fotodíodo é um díodo sensível à luz e pode ser usado como detector de luz, para vários comprimentos de onda. É usado por exemplo nos receptores de commandos infra-vermelhos.

O Schottky é um díodo em que a queda de tensão é de aproximadamente 0.3 V em vez dos típicos 0.7 V. Isto tem a vantagem de haver um menor desperdício de energia por dissipação térmica no díodo, o que é importante em aplicações em que a eficiência energética e baixo consumo são importantes. É que na verdade, a queda de tensão que os díodos apresentam é uma característica indesejável! Vamos pensar no detector de inversão de tensão de alimentação da figura mais acima. Se o díodo estiver a ser atravessado por uma corrente de 100 mA, a potência que ele dissipa na forma de calor (logo, desperdício, porque a função do díodo não é dar calor) é dada pela fórmula da potência (em Watts, W), a quem eu costumo chamar “lei companheira da lei de Ohm” (a fórmula da potência dissipada já dava para outro tutorial):

      P = V x I

Logo, 0.7 V * 0.1 A = 0.07 W = 70 mW. Pode parecer pouco, mas muitos aparelhos portáteis consomem pouco mais do que isso! Se o aparelho estiver a ser alimentado a 3 V, ele estará a consumir (3V – 0.7 V) * 0.1 A = 230 mW, e por aqui se vê que 30% (70/230) da potência retirada das pilhas está a ser desperdiçada no díodo! Se for usado um díodo Schottky em vez do díodo comum, a potência perdida será 0.3 * 0.1 = 30 mW, ou seja, aproximadamente 13% (30/230) do consumo inicial do aparelho, em vez de 30%. Quer dizer que a autonomia das pilhas aumentou 17% só com a troca de um componente. Uma melhoria significativa!

Outra característica que torna os Schottky muito apeteciveis em certas aplicações é a velocidade de reacção. Por ser constituído por apenas um bloco semiconductor e um bloco metálico, este díodo é extremamente rápido a mudar de estado entre “a conduzir” e “ao corte”.

Então e se eu quiser fazer umas experiências, que díodos posso comprar na loja?…

Bom, existem díodos muito comuns e baratos que pode comprar com facilidade praticamente em qualquer loja de eletronica; são eles o 1N4148 e o 1N4001 a 1N4007. O 1º é para correntes até perto de 0.2 A e os restantes para correntes até cerca de 1 A.

Qualquer dúvida poste um comentário.

Créditos a NJAY, em http://troniquices.wordpress.com/2007/11/28/o-diodo/

Como acender um L.E.D

Publicado: 14 de outubro de 2010 em Componentes

Então como é que se acende um LED? 

Bom, para começar precisamos de 1 LED, 2 pilhas de 1.5 V ligadas em série e uma resistência cujo valor calcularemos mais tarde usando a mesma fórmula baseada na Lei de Ohm.

O LED é polarizado, isto é, as suas perninhas são electricamente diferentes e a forma como se liga ao circuito importa; há uma forma correcta de o ligar e trocar uma perna pela outra não é válido. Uma das perninhas chama-se anodo e liga-se ao lado positivo das pilhas. A outra chama-se cátodo e liga-se ao lado negativo. A forma de se identificar o ánodo e o cátodo de um LED é através de 1 de 2 marcas: o cátodo tem a perninha mais curta e, em alguns LEDs como os redondos, também tem um corte na aba.

Esta forma de identificar as perninhas do LED funciona bem se tivermos um LED novo ou redondo. Se tivermos por exemplo um LED quadrado cujas perninhas já foram cortadas então não temos nenhuma pista, e neste caso vamos ter que experimentar ligar o LED das 2 formas ou usar um multímetro que tenha um teste de díodos (pois é, o LED é um díodo, especial).

A forma de ligar os componentes é como no esquema abaixo, a tensão é fixa, com o valor de 3V resultante de ligar as 2 pilhas de 1.5 V em série, e representada pela fonte de tensão que corresponde à bola no circuito.

Circuito do LED

Falta apenas calcular a resistência R do circuito. Mas agora precisamos de ter valores a sério para a queda de tensão no LED e para a corrente máxima. O ideal era consultar a datasheet do LED, que é um documento escrito pelo fabricante e que contém essas informações. Mas um LED não tem indicado o modelo e fabricante, pelo que se já tem um LED é difícil ou mesmo impossível saber estas informações. Contudo, os LEDs dos vários fabricantes são tipicamente muito semelhantes nas suas características, existindo uma espécie de standard; por isso é que os LEDs tipicamente não possuem marcado o modelo e fabricante. Sendo assim, vou deixar aqui valores médios da queda de tensão e corrente máxima para os LEDs “normais” das cores mais comuns.

Vamos então supor que você tem um LED amarelo e quer acende-lo, com as tais 2 pilhas de 1.5 V. A linha da tabela para a cor Amarelo nos diz que a queda de tensão é de 2.0 V e a corrente máxima é de 0.015 A. O valor para a resistência será então

R = V / I  (Lei de Ohm)
R = (3 V - 2 V) / 0.015 A = 66.7 Ω

Mas como não há resistências de 66.7 Ω à venda, escolhemos o valor comercial mais próximo, que é 68 Ω. Como este valor para a resistência é ligeiramente mais alto que os calculados 66.7 Ω, a corrente a atravessar o LED será ligeiramente inferior aos 0.015 A mas não faz mal, pois a diferença é muito pequena e já existe alguma tolerância nos valores da tabela. Não vais notar diferença na luminosidade nem colocar em perigo a integridade do LED. E mesmo que a resistência comercial mais próxima fosse ligeiramente inferior aos 66.7 Ω também não haveria problema desde que fosse uma diferença também pequena. Na verdade, o valor da queda de tensão no LED é proporcional à corrente que o atravessa (embora de uma forma não-linear) e é ligeiramente diferente mesmo para LEDs aparentemente iguaizinhos! Daí que os valores da tabela são apenas uma média, uma aproximação, mas que em geral funciona sempre bem.

Se tiveres um multímetro podes medir o valor real da queda de tensão no teu LED em particular, com ele aceso.

Então e se quiser acender um LED azul? A tabela diz que a queda de tensão é de 3.1 V… o que quer dizer que as suas 2 pilhas de 1.5 V ligadas em série (3 V no total) não chegam. Tem que ter pelo menos 3 pilhas, num total de 4.5 V. E então calculas o valor da resistência da forma habitual

R = (4.5 V - 3.1 V) / 0.02 A = 70 Ω

Mais uma vez, 70 Ω não é um valor comercial e logo tens que ir para o mais próximo, neste caso 68 Ω. Habitua-te a isso, porque a eletrônica está cheia de pequenos ajustes e simplificações, e normalmente não é crítico; existe muita tolerância da parte de todos os componentes, e só temos que garantir que o circuito funcione no pior caso. Um dia podemos falar sobre isso.

E o LED Infra-vermelho na tabela, serve para quê? Este tipo de LED emite uma luz que não se vê, e que é usada tipicamente no controle remoto da TV ou da aparelhagem. Mas podes fazer uma brincadeira com ele; é que as máquinas fotográficas e de filmar digitais, e algumas webcams, são sensíveis a este tipo de luz. Assim, se fizer uma espécie de lanterna de LEDs infra-vermelhos, podes tirar fotografias de curta distância literalmente às escuras!! Se tiveres uma máquina digital das que referi, faz a seguinte experiência: pega no comando da televisão e, enquanto aperta os botões, olha para o lado que aponta para a televisão (muitas vezes podes ver lá o LED infra-vermelho!) através do visor da máquina; vais ver como afinal o comando emite alguma coisa…

Então e se quiser acender mais do que 1 LED? Para acenderes mais do que um LED há 2 possibilidades: em série ou em paralelo. Se os ligares em paralelo, então basta aplicar o circuito para um LED, adicionando 1 resistência por cada LED “extra” e ligando-os em paralelo, assim:

Ligação de LEDs em paralelo

Os valores das resistências são calculados com a fórmula do costume, uma a uma de acordo com as características de cada LED e usando sempre, claro está, 3 V para o valor da fonte.

E se o quiser ligar em série, faz assim:

Ligação de LEDs em série.

Mas repara que agora eu não coloquei o valor da fonte de tensão. E porquê? Porque existe uma particularidade neste circuito: como temos que subtrair à fonte de tensão os valores das quedas de tensão de todos os LEDs, se a fonte for apenas de 3 V, só podes acender um LED. Portanto, agora o valor da fonte de tensão depende do número de LEDs que pretende acender. Por exemplo, imagina que quer acender 4 LEDs vermelhos. Pela tabela, cada LED vermelho subtrai 1.8 V à fonte, logo, os 4 vão subtrair 4 x 1.8 V = 7.2 V. Portanto, a nossa fonte de tensão tem que ser maior que 7.2 V, digamos 9 V (uma vez que existem pilhas de 9 V, e para termos alguma margem). O valor da única resistência do circuito será então

R = (9 V - 4 x 1.8 V) / 0.02 A = 1.8 V / 0.02 A = 90 Ω

A corrente que atravessa todos os LEDs é a mesma, pois estão ligados em série. Isto quer dizer que é preciso ter mais um cuidado. Se um dos LEDs for amarelo, a corrente a atravessá-los todos tem que ser 0.015 A. O LED mais “fraco” de todos é que vai colocar o limite à corrente.

Existem portanto vantagens e desvantagens em cada forma de ligação de múltiplos LEDs:

  • Na ligação em paralelo é preciso 1 resistência por cada LED, mas podes acender muitos LEDs com baixa voltagem na fonte de tensão (poucas pilhas).
  • Na ligação em série, é preciso apenas 1 resistência para todos os LEDs, mas tens que usar uma voltagem superior na fonte de tensão, proporcionalmente ao número de LEDs (eventualmente chegas a um ponto em que a voltagem já é demasiado alta para se poder lidar com segurança).

Se quiser acender mesmo muitos LEDs, então a melhor técnica é usar uma mistura dos circuitos série e paralelo, desta forma:

LEDs em série e paralelo

Neste esquema do circuito usei um símbolo diferente para a fonte de tensão, por nenhuma razão em especial exceto o conhecimento de outros símbolos. Este símbolo representa uma bateria ou pilha (ou conjunto delas).

Então e o LED branco, como é que sei a queda de tensão do meu? Os LEDs brancos são os únicos que ainda não experimentei. A melhor forma de saber qual é esse valor nos seus LEDs é fazer um teste. Começa por assumir que a queda é de 3.1V e calcula uma resistência da forma habitual. Depois, monta um LED e com o multímetro mede a tensão no LED, ou seja, mede entre as duas perninhas do LED. Esse valor é a queda de tensão. Se tiveres vários LEDs brancos, deve fazer esse teste para 3 ou 4 LEDs, e depois, se derem mais ou menos o mesmo valor (por exemplo 3.5V, 3.65V e 3.48V) faz uma média arredondando à 1ª casa decimal e usas esse valor. Se os seus LEDs forem todos do mesmo fabricante, irão apresentar valores parecidos de queda de tensão. Se der valores muito diferentes para LEDs diferentes (por exemplo 3.2 e 3.6) é porque pode ter LEDs de diferentes fabricantes. Aí você tera que tentar agrupar os seus LEDs por fabricante, fazendo o teste em todos e agrupando-os por valores semelhantes.

No final, sabendo já a queda de tensão, basta re-calcular os valores das resistências.

Já agora, e se usares pilhas re-carregáveis em vez das alkalinas, há alguma diferença? Há, é que as pilhas recarregáveis tipicamente não são de 1.5 V mas sim de 1.2 V (costuma estar escrito na própria pilha), logo um par delas em série só dá 2.4 V. Tem que ter isso em mente ao fazer as contas.

Créditos a NJAY, em http://troniquices.wordpress.com

Comunicação serial entre dois Arduinos

Publicado: 14 de outubro de 2010 em Projetos, Projetos

Podemos precisar a qualquer momento nos comunicar com outros dispositivos, no caso outros Arduinos.

Comunicação serial por fio

Configurando os pinos RX/TX do Arduino por fio:

No Arduino emissor teremos um potenciometro, do qual é lido o valor e mandado via serial.

No receptor teremos um LED que irá mudar o seu brilho conforme o valor do potencimetro.

Faça agora as seguintes conexões:

TX_ARDUINO#1 – – – – RX_ARDUINO#2

RX_ARDUINO#2 – – – – TX_ARDUINO#1


NOTA: QUANDO FOR PASSAR O CÓDIGO PARA O ARDUINO, DESCONECTAR OS FIOS DE TX E RX DE AMBOS OS LADOS!

Código Emissor:

int analogValue5, val5;

void setup() {
// Habilita porta Serial
Serial.begin(19200);
}

void loop() {
// Le pino analogico 5
analogValue5 = analogRead(5);

// Mapeia os valores para 0 – 255
val5 = map(analogValue5, 0, 1023, 0, 255);

// envia o valor via serial em modo binário
Serial.println(val5, BYTE);

}

Código Receptor:

byte incomingByte;

void setup() {
// Habilita comunicação serial
Serial.begin(19200);

// declara pin 11 como output, este é o LED
pinMode (11, OUTPUT);
}

void loop() {

// Se há bytes livres vindo da porta serial
if (Serial.available()) {

// Seta o valor para a variavel ‘incomingByte’
incomingByte = Serial.read();

// Escreve o valor no pino 11
analogWrite(11, int(incomingByte));

}
}

Arduino seguindo a luz

Publicado: 14 de outubro de 2010 em Projetos, Projetos

Esta é uma forma simples de você fazer um servo motor seguir a luz, usando alguns simples componentes!

Arduino seguindo a luz com servo motores

O vídeo original é feito com um ArduinoMEGA, o qual tem mais I/O (entradas e saídas). Todavia pode ser construído com qualquer base Arduino.

Componentes:
1 x Servo motor (de parabólica serve também)
2 x Fotoresistores
2 x Resistor 470ohms

[LightTracker[5].jpg]

Faça as ligações como descrito no esquema do FRITIZING acima.

Lembre-se que a gambiarra aqui é colocar de alguma forma uma pequena protoboard em cima do servo! Ou fica a vontade para usar a imaginação! (veja vídeo topo pagina)

#include <Servo.h>

Servo myservo;

int pos = 0;  // Variavel para guardar posicao servo.
int inputPhotoLeft = 1; // Facil de ler, instante 1 ou 0.
int inputPhotoRight = 0;

int Left = 0; // Guarda valor fotoresistor.
int Right = 0; // Guarda valor fotoresistor.

void setup()
{
myservo.attach(9); // Conecta servo ao pino digital 9.
}

void loop()
{
// Le os valores dos fotoresistores e guarda nas variaveis 
Left = analogRead(inputPhotoLeft);
Right = analogRead(inputPhotoRight);

// Checa se a esquerda é maior que direita, se sim move p/ direita.
if (Left > (Right +20))
// +20 é uma zona morta, sem isso causa interferencia.
{
if (pos < 179)
pos++;
myservo.write(pos);
}

// Checa se a esquerda é menor que a direita, se sim move esquerda.
if (Right > (Left +20))
// +20 é uma zona morta, sem isso causa interferencia.
{
if (pos > 1)
pos -= 1;
myservo.write(pos);
}

// Adicionando delay ou não o servo corre mais devagar
delay(10);
}

Qualquer dúvida por favor comente, seu feedback é muito importante!

Créditos, http://stigern.net/blog/?cat=35

C# e Arduino, programa básico

Publicado: 6 de outubro de 2010 em Arduino, Projetos, Projetos, Visual C#

Download aplicação C#: http://ozhan.org/_dosyalar/icerik/C_Arduino_LedFading.zip
Código Arduino:

int Led = 13;
int PwmLed = 11;
int Csharp;
void setup() {
  Serial.begin(9600); // opens serial port, sets data rate to 9600 bps
  pinMode(Led, OUTPUT);
}
void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    Csharp = Serial.read();
    Serial.println(Csharp, DEC);
    analogWrite(PwmLed, Csharp);
  }
}

O que o programa faz?

image

O Arduino toma a decisão de acender ou não um LED a partir do protocolo vindo pela serial. O mesmo pode ter controle de brilho do LED alterando-se o PWM.

Aqui está um vídeo demonstração:

Controle de um LED no Arduino feito em C#, PC

Disponivel em: http://www.ozhan.org/index.php?kat_id=19#Arduino
Qualquer dúvida me mandem um e-mail.

Att, denadai.