ELÉTRONS EM MOVIMENTO

Descrição do funcionamento 

A partir de hoje, estaremos disponibilizando a descrição detalhada do estacionamento automatizado e seu funcionamento.

Parte 1 - Circuitos Sensores das vagas e Painel Indicador de vagas em uso

Este circuito permite que sejam identificadas individualmente qual das oito vagas do estacionamento está em uso. Além das vagas, é utilizado também na entrada e na saída do estacionamento, servindo neste caso como “sensor de passagem”, fazendo a contagem do número de vagas disponíveis (parte 2 - circuito contador).

O circuito funciona da seguinte forma: o LED IR (diodo emissor de luz infravermelho) é alinhado com o fototransistor (sensor, ou receptor), fazendo com que o mesmo conduza quando tiver recebendo a luz infravermelha do emissor, e entrando em corte quando um veículo estiver entre eles, ou seja, quando a vaga estiver em uso.

O transístor BC547B é usado como “drive” do fototransistor  pois a corrente obtida no sensor sem o uso do drive é muito pequena, impossibilitando seu uso prático. Assim, quando o fototransistor estiver em condução pela luz IR recebida, o BC547B, sendo um transistor NPN e na disposição circuital mostrada, terá o seu terminal de base ‘aterrado’ (ligado ao GND), e consequentemente entrará em corte, fazendo com que na saída (junção do coletor do transistor com o resistor de 47K) seja obtido um nível digital alto. E quando o fototransistor estiver em corte, ou seja, “vaga em uso”, tem-se uma tensão  positiva na base do BC547B, fazendo com que o mesmo entre em condução, e tenhamos na saída do circuito um nível lógico baixo.

Na figura a seguir temos os conjuntos sensores de cada vaga bem como os utilizados na entrada e saída, que, pode-se notar, são os mesmos, mas com propósitos diferentes no projeto.

Apesar de, como dito acima, os níveis de tensão obtidos na saída deste circuito serem “digitais” (no caso específico do nosso projeto, as tensões foram bem próximas do ideal, ou seja, de 0 ou 5V, de acordo com o nível lógico utilizado), há algo importante nesta parte a se considerar: a saída deste circuito nem sempre fornece um nível de tensão totalmente digital, ou seja, há em algum momento uma transição que pode causar instabilidade no funcionamento do circuito. Isso acontece pois estamos obtendo um sinal de uma fonte ‘analógica’ e transmitindo para um receptor digital, ainda que consideremos que o transistor está atuando em sua região de corte/saturação, ou seja, teoricamente em níveis ‘digitais’.

Assim, na saída de cada circuito sensor das vagas foi usado uma porta lógica inversora com função Schmitt-Trigger, cujo símbolo é mostrado com a seguir: 

Brevemente explicando: circuito lógico com função Schmitt trigger é utilizado para fazer com que uma forma de onda, ou um nível de tensão qualquer se torne uma forma de onda quadrada, ou um nível digital bem definido, sem ruídos ou imperfeições. Ele é bastante utilizado em aplicações onde o sinal de entrada não é um sinal ou nível de tensão perfeitos, o que, como foi dito, pode causar mau funcionamento nos circuitos digitais nele ligados.

Assim, como havia necessidade de um circuito para “regularizar” o nível de sinal da saída, optou-se pelo C.I 74LS14. Existem portas lógicas com esta mesma função, porém, preferiu-se utilizar inversores, em especial pelo fato de o C.I. Aplicado no projeto possuir seis portas lógicas. No projeto foram utilizadas 11 portas. Normalmente os C.Is de portas lógicas possuem apenas quatro, ou seja, precisaríamos de pelo menos 3 componentes, ao invés dos dois que foram utilizados. Traduzindo: economia!

Feito isso, após o sinal ser devidamente regularizado, é aplicado na entrada do multiplexador.

Multiplexador, em poucas palavras, é como se fosse uma chave, onde, através de bits seletores, eu seleciono qual das entradas será ligada à saída.

Agora, pense um pouco: considerando que temos oito circuitos e, consequentemente, oito saídas, tente imaginar agora um estacionamento com um número bem maior de vagas, a enorme quantidade de fios necessários para se ligar as saídas do circuito até o painel!

A ideia da aplicação de um circuito multiplexador/demultiplexador no projeto é mostrar que podemos transmitir um número razoavelmente grande de informações por meio de um número reduzido de condutores.

Assim utilizando o multiplexador no projeto, foi possível reduzir a quantidade de fios, desconsiderando os de alimentação, de oito para apenas quatro!

Vale lembrar que o multiplexador não trabalha sozinho, ou seja, da mesma forma que a informação está sendo enviada por multiplexação, quando esta chegar ao seu “destino”, há que se utilizar um demultiplexador para obter a informação “de volta”. O circuito de multiplexação/demultiplexação (também chamado de mux/demux) feito para o projeto é mostrado na figura a seguir.

Outro detalhe a considerar é que para o circuito mux/demux executar sua função é necessário um “seletor”, no caso um contador para sequenciar as entradas do mux e as saídas do demux. Assim, foi implementado o Circuito Integrado 74LS93 (contador binário), configurado para contar até 8 (de 0 a 7). Contudo, para este contador realizar a contagem, é necessário um trem de pulsos (clock). Este foi obtido aplicando-se uma configuração de oscilador em um dos inversores do C.I. 74LS14. Para se gerar o clock, os valores dos componentes utilizados foram obtidos através da seguinte fórmula:

                                      F = 1,2 x 10⁶

                                               R x C

onde:

         F – freqüência em Hertz;

         R – valor do resistor (ohms);

         C – valor do capacitor, em uF.

Assim, obtivemos pelos cálculos o valor de 100 nF para o capacitor e de 470KΩ para o resistor, com os quais temos uma freqüência em torno de 25 Hertz.

Porque 25 Hz?

Estimando uma atualização de três vezes por segundo, que é geralmente o tempo de atualização de mostradores, vezes as 8 saídas do contador 74LS93 (ou seja, do Painel das vagas em uso), teríamos 24 Hz. Porém a frequência obtida com os valores dos componentes citados é bem próxima e são valores muito comuns, bem fáceis de se encontrar no varejo.

Continuando, o C.I. 74LS93 realiza, por meio do clock recebido do oscilador descrito, a contagem de 0 a 7 (em binário – 3 bits); e por meio do circuito mux/demux e dos LEDs conectados à saída do demux (que estão no Painel Indicador de vagas em uso), de acordo com o estado da entrada (obtido pelos circuitos sensores, individualmente de cada vaga), o LED acenderá, ou não, dependendo se a vaga estiver em uso ou não.