Girassol Eletrônico - Ajuda!

[VictorRaft]

Pessoal, tenho que fazer um projeto pra faculdade de um "Girassol Eletrônico".

O objetivo que o professor nos passou foi esse:

Objetivo: montar um dispositivo que gira em busca de uma fonte de luz.

Funcionamento: o dispositivo deverá ter pelo menos dois sensores que detectam a luz e um motor que o faz girar em direção a ela. Caso ambos os sensores captem a mesma quantidade de luz ou não haja luz, o dispositivo deverá permanecer parado.

Pensei num esquema simples com 2 LDR numa ponte de wheatstone, acionando um motor que roda para um lado ou para o outro, dependendo de onde está a luz. Fiz até um projeto no Proteus e testei, obtendo alguns resultados, não tão bons quanto esperava, principalmente pelo fato de que não sei como fazer o motor parar... Ele fica sempre rodando para algum lado o_O"

Se alguém tiver alguma ideia, sugestão e etc, por favor poste aqui!

Desde já, obrigado!

P.s.: Se alguém quiser ver os resultados no Proteus, o link do arquivo está aqui:

http://files.myopera.com/Raft/ufes/projeto1.1.DSN

[henryfabricio]

Recomendo o uso de um terceiro sensor ou então derivar o sinal de um dos sensores para que você meça a intensidade luminosa do ambiente e em caso de pouca luminosidade, inibir a rotação do motor. Coloque capacitores nas entradas do operacional para filtrar ruídos e criar um atraso no sinal medido, evitando que o motor fique oscilando em alta frequência.

Um detalhe: Seu transistor Q2 por acaso não está invertido o coletor com o emissor?

Este seu operacional será capaz de fornecer corrente para o motor? É que os transistores neste caso não estão amplificando corrente.

Eu utilizaria uma ponte H.

[jorgeletronico]

Usando este circuito abaixo ,retirando a parte do push button e colocando nele um circuito comparador para cada sensor,que leve a saida a nivel baixo quando detectado a falta de luz poderá ter um bom resultado ,tendo em vista q ,se houver luz então ambos terao a saida a nivel alto ,o q faz com q o motor fique parado,agora nao sei o q acontecera quando ambos forem a nivel baixo kkkkkkkkkkk.

[cabteixeira]

Experimente com um amplificador operacional numa configuração igual a esta:

Este circuito vai amplificar a diferença entre os sinais de entrada.

Em cada entrada você coloca um LDR (em série com um resistor, formando um divisor de tensão). Alimente o circuito com fonte simétrica (ou use um terra suspenso, caso não possa alimentar com fonte simétrica).

O sinal na saída do operacional você joga num circuito de driver (dois transistores, um NPN e um PNP, em configuração push-pull) para obter maior capacidade de corrente e poder alimentar o motor. Use a fonte simétrica também neste driver, para que o sistema possa girar para ambos os lados.

Princípio de funcionamento

Se ambos os LDRs estiverem com a mesma quantidade de luz, a saída do operacional será nula e o motor não gira. Conforme a luz varie de intensidade em um dos sensores, surge uma diferença de tensão nas portas do operacional que é amplificada e, por meio dos transistores drivers, faz com que o motor gire para um lado ou para o outro.

A polaridade da saída (positiva ou negativa) vai variar conforme for o LDR da esquerda ou da direita que estiver com maior intensidade de luz. Para prevenir possíveis variações de características nos LDRs (diferenças de fabricação) use um trimpot em série com eles para calibrar o circuito.

Conforme você mover a luz de posição e a diferença entre os LDRs aumentar, o sinal de saída no operacional aumenta e o motor gira mais rápido. Conforme o sistema atingir o equilíbrio (ambos os LDRs com a mesma luz) o sinal diminui até que o motor pára completamente.

Edit

O teu circuito está quase perfeito... O teu problema é apenas o operacional, que por estar em malha aberta possui ganho infinito e assim faz com que o motor nunca páre de girar.

[VictorRaft]

As dicas de vocês realmente me ajudaram bastante, pessoal!

Ao colega henryfabricio, o transistor estava mesmo errado... rs.

Eu já tinha ouvido falar na ponte H, mas nunca havia pesquisado sobre ela, e meu problema era que não sabia como fazer a diferença de tensão dos LDR's acionarem a ponte, mas pesquisei um pouco e consegui pensar num esquema utilizando dois 555 para fazer isso, e até que funcionou.

A dica do cabteixeira também me pareceu interessante e vou testá-la agora. Meu propósito era usar uma bateria 9V como fonte de alimentação, por isso não coloquei alimentação simétrica, e não sei como fazer um terra suspenso, mas vou pesquisar também. Você acha que uma bateria dessas conseguiria entregar a potência necessária para o circuito?

Vou fazer uma comparação dos resultados e depois posto aqui o que eu consegui, ok? Obrigado!

Galera, remodelei o circuito, desta vez utilizando uma ponte H, e está funcionando perfeitamente, pelo menos no Proteus... rs.

Gostaria que os colegas continuassem enviando sugestões afim de melhorá-lo e aumentar sua eficiência, o que é importante, já que penso em utilizar uma bateria pequena. Quais são os transistores mais indicados para essa ponte?

Obrigado!

[henryfabricio]

Seu circuito está bem melhor, entretanto recomendo utilizar um circuito de histerese, ele irá evitar que seu motor fique girando o tempo todo de um lado para o outro sem parar.

Você já imaginou como isto irá se comportar no escuro? Creio que ficará girando em um único sentido ou caso haja um pouquinho de luz, pode até ficar oscilando como louco. Por que você não usa um outro operacional para medir a intensidade luminosa do ambiente e quando estiver baixa a luminosidade você simplesmente desabilita o funcionamento do motor.

[VictorRaft]

Gostaria de saber como faço um terra suspenso (tentei fazer com divisores de tensão, mas não deu certo, o potencial acabava variando bastante conforme aumentava a corrente no divisor...), e também como fazer um circuito de histerese... Pesquisei, porém não consegui entender muito bem...

[henryfabricio]

O que você quer dizer com terra suspenso? Não conheço este termo. A histerese você deverá fazer através de uma realimentação positiva. Como é isto? Você deve pegar uma amostra do sinal da saída e jogar na entrada. Neste caso você deverá colocar um resistor entre os pinos 3 e 6 do seus dois operacionais (vou chamar de Rh). Mas que valores de resistores? Isto vai depender do quão grande seja sua histerese. Se você quiser uma histerese de 10%, deverá ser usado um resistor que ao ser colocado em paralelo com um dos sensores ou com R1 ou R2, interfira em 10% da tensão comparada. Eu não gosto de fórmulas decoradas, então vou explicar como funciona e você mesmo cuida de fazer os cálculos ok? Quando seu operacional estiver com a saída em 0V, ele irá colocar o resistor Rh em paralelo com seu R1 ou seu sensor (depende de qual o peracional você estiver avaliando U1 ou U2). Este valor em paralelo irá mudar a tensão de comparação. Já quando o seu operacional estiver com a saída em VCC, ele irá colocar o resistor Rh em paralelo com seu sensor ou R2 (depende se for U1 ou U2), o que novamente irá mudar a tensão de comparação original que dependia apenas do valor do sensor. Isto fará com que o motor só gire se a diferença de luminosidade for maior. Este circuito não funcionará bem com uma histerese muito alta, experimente testando inicialmente com um resistor Rh de uns 100k e não se esqueça de colocar o capacitor em paralelo com seu R1 e seu R2 para evitar ruídos indesejados principalmente porque você está usando um motor. Boa sorte.

[VictorRaft]

Entendi tudo que você disse, henryfabricio, porém, quando fui testar a histerese no circuito eu obtive justamente o efeito contrário ao desejado... Ao invés do motor "demorar mais" para partir ele simplesmente passou a não parar, pois os potenciais não mais se igualavam nos LDR's...

Aí então, depois de muito quebrar a cabeça com isso, resolvi seguir a dica do cabteixeira e usar o amplificador operacional para captar e amplificar a diferença entre os potenciais, jogando a saída em transistores PNP e NPN. Eu ainda não havia testado essa configuração porque ela precisaria de alimentação simétrica e como eu havia decidido usar uma bateria deixei pra lá, mas como foi o melhor resultado que eu obtive até agora, e também o que usa menos componentes, decidi usá-lo, e se preciso for colocar duas baterias de 9v me dando +9V e -9V. No Proteus a simulação funcionou.

Agora gostaria de saber mais algumas coisas, pois fiz tudo com base em valores de componentes meio que "chutados"... Qual seria um bom valor para a resistência na base dos transistores? Quais seriam bons transistores para usar nesse caso? Qual é mais ou menos a faixa de resistência do LDR, para que eu possa dimensionar melhor o ganho do amp op e os resistores R1 e R2?

Obrigado pela paciência!

[henryfabricio]

Victor, realmente esta solução foi fantástica, a gente nem sempre pensa nas coisas mais simples e tem mania de complicar!!! Ainda assim há um erro neste circuito. Ambos os transistores não estão conectados da melhor forma, o motor está no emissor deles e isto não é uma boa forma de se conectar. Experimente colocar o motor nos coletores e terá um resultado melhor no quesito amplificação já que desta forma o motor não irá interferir na corrente da base.

Coloque um diodo do coletor para o emissor de cada um dos transistores, isto irá protegê-los contra alta tensão gerada pelo motor quando for desligado (diodos de roda livre).

Coloque um potenciômetro em série com um dos resistores de um dos sensores para você ajustar a sensibilidade, pode ser que uma pequena variação entre eles te atrapalhe quando estiver no escuro. Então você ajusta para no escuro ambos terem a mesma tensão. O cálculo dos transistores vai depender do seu motor, ou seja, você terá que projetar de trás para frente. Qual a corrente do seu motor? Baseado nisto você escolherá um transistor, dividirá esta corrente pelo hfe do transistor (divida o hfe por 5 para garantir). Baseado nesta corrente de base você irá pegar a tensão de saída, subtrair 0,7V, dividir pela corrente de base e então você terá o resistor desejado.

[cabteixeira]

O que você quer dizer com terra suspenso? Não conheço este termo

Um terra suspenso é uma técnica para se obter alimentação simétrica à partir de uma fonte única. Para entendê-lo, basta partir da definição elétrica de tensão: diferença de potencial.

Assim, se você tem uma fonte de 12V e medir com o multímetro utilizando as ponteiras com a polaridade "correta" (ponta positiva do multímetro no terminal positivo da fonte, e ponta negativa no negativo) você vai medir +12V. Entretanto, se medir "invertido" (ponta positiva do multímetro no terminal negativo da fonte e vice-versa) você vai medir -12V.

No mesmo exemplo, se você montar um circuito regulador de tensão de 6V e ligar na tua fonte, vai ter:

12V ____________________________________ A

6V _____________________________________ B

GND____________________________________ C

Se você medir com o teu multímetro com a ponteira negativa fixa em C, movendo somente a ponteira positiva entre B e A, terás +6V no ponto B e +12V em A.

Entretanto, se você mantiver a ponteira negativa de teu multímetro fixa no ponto B e mover a ponteira positiva entre A e C, teremos +6V em A e -6V em B. Isto é um terra suspenso.

Gostaria de saber como faço um terra suspenso (tentei fazer com divisores de tensão, mas não deu certo, o potencial acabava variando bastante conforme aumentava a corrente no divisor...)

O problema é que um divisor resistivo só funcionaria como referência de tensão... Se você demandar corrente dele, terás o desequilíbrio, pois a corrente tende a ser maior num resistor que no outro.

Se, por outro lado, você tentar fazer com um regulador de tensão as coisas são diferentes.

mas como foi o melhor resultado que eu obtive até agora, e também o que usa menos componentes, decidi usá-lo

Que bom que ajudou.

Esta configuração é bastante utilizada em instrumentos de aeronaves.

e se preciso for colocar duas baterias de 9v me dando +9V e -9V

Esta seria a forma mais fácil e menos "perigosa" (menor probabilidade de erro). Se houver espaço para duas baterias, recomendo que use.

Ambos os transistores não estão conectados da melhor forma, o motor está no emissor deles e isto não é uma boa forma de se conectar. Experimente colocar o motor nos coletores e terá um resultado melhor no quesito amplificação já que desta forma o motor não irá interferir na corrente da base.

Não vejo assim...

Por qual motivo o motor não pode ficar no emissor?

Coloque um diodo do coletor para o emissor de cada um dos transistores, isto irá protegê-los contra alta tensão gerada pelo motor quando for desligado (diodos de roda livre).

Observe que estamos falando de alimentação simétrica e de transistores funcionando em região linear, e não do chaveamento (liga/desliga) do motor. Só peço que atente para a colocação de dissipadores de calor, caso necessário, nos transistores.

Neste caso ainda, o diodo de um transistor seria um curto quando houver a condução do outro transistor (ao menos na atual configuração).

[VictorRaft]

Até tentei utilizar reguladores de tensão. Porém, como minha ideia original era utilizar uma bateria de 9V, teria que conseguir um regulador de 4.5V, e creio que o mesmo não exista... O máximo que havia conseguido era um diodo zener de 4.7V.

Quanto à questão do motor ligado no coletor, realmente deu certo. Consigo uma potência bem maior agora do que ligando o motor no emissor! Tá aí uma coisa que eu não havia pensado, agradeço ao colega henryfabricio pela dica.

Quanto aos diodos... devo colocá-los ou não? Fiquei confuso... rs

De quantos Faraday aproximadamente devem ser os capacitores que filtram o ruído na entrada do operacional?

E sim, colocarei um potenciômetro em série com um dos sensores, e também um para ajustar o ganho do amplificador, caso precise!

[cabteixeira]

Quanto aos diodos... devo colocá-los ou não? Fiquei confuso... rs

Em primeiro lugar, entenda para quê eles servem... Aí fica mais fácil decidir se vai utiliza-los ou não.

[henryfabricio]

Os capacitores estão para filtrar ruídos e para gerar um atraso.

Você deverá experimentar na prática qual o valor te dará o resultado que você deseja. Um cálculo no caso não se aplicaria muito bem pois os ruídos não são conhecidos e você ainda não sabe quanto tempo deseja ter de atraso na resposta.

Faça sem capacitores, depois utilize valores de capacitores que multiplicados por R, te dêem valores de tempo próximos do que você espera. Veja as diferenças e avalie se deve aumentar, diminuir ou nem usa-los.

[VictorRaft]

Galera, o projeto está pronto e funcionando, pelo menos no protoboard.

Fiz algumas alterações, como usar um potenciometro duplo no lugar de R5 e R8, para ajustar a sensibilidade do motor, e utilizei os transistores BC 547 e BC 557 no lugar dos originais. Agora vou sofrer pra montar a placa... rs

Obrigado pela ajuda.

Victor Raft

[BCP]

Caso o autor do tópico necessite, o mesmo será reaberto, para isso deverá entrar em contato com a moderação solicitando o desbloqueio.