INTERRUPTOR POR PALMAS

Para os projetos que realizo, busco sempre auxílio no conhecimento de trabalhos anteriores e juntando um pouco com as necessidades e tecnologias atuais, tentei projetar um sistema de controle que consiste em um interruptor eletrônico, o qual deve ser capaz de ligar e desligar um LED apenas com o Bater as Palmas da Mãos ou um Estalar de Dedos, porem esse projeto é muito versátil e facilmente modificado para acionar realmente uma lâmpada de verdade mais explicarei mais em breve.

Seu principio de funcionamento se baseia na utilização de um simples microfone, capaz de gerar um sinal muito intenso devido à alta freqüência e a intensidade do som propagado pelo Bater as Palmas ou Estalar os Dedos. Esse sinal deve ser interpretado por um circuito como um pulso de entrada que está ligado a um flip-flop, o qual será responsável por ligar ou desligar o interruptor do sistema.

O desenvolvimento do projeto segue abaixo.

Captação do som e filtragem

Para captar o sinal sonoro, usaremos como entrada para o circuito um microfone de eletreto. Seu diagrama esquemático é mostrado abaixo:

Parte de captação do áudio.

Microfone de eletreto.

O microfone capta a vibração do ar provocado pelo som, transformando essa vibração mecânica em impulsos elétricos, produzindo ondas de mesma freqüência do som que o gerou. Ele está ligado em série com o resistor de 10k ohm para limitar a corrente que passa pelo microfone (chave de pull up). É necessário também observar a polaridade do microfone.

Em seguida, o sinal gerado passa por um filtro que elimina a componente contínua do sinal (devido à tensão dc de 5V) e atenua parte da freqüência da fala, já que somente é desejável que o circuito seja acionado por ruídos muito intensos. Dessa forma, um capacitor de 200 nF já é suficiente para filtrar a componente contínua.

Amplificação do sinal e pullup

O som produzido por palmas gera sinais elétricos de amplitudes muito baixas no microfone de eletreto. Esses sinais precisam ser amplificados e nesse projeto se decidiu por um ganho de 330.

Op amp TL072 ( amplificador operacional).

TL072 Amplificador operacional.

Pinagem do Op amp TL072.

Observe que o nosso amplificador é inversor, desta forma o sinal entra no terminal inversor do amplificador. Logo, para uma resistência de 330k ohm na realimentação, teremos aproximadamente um ganho de 330.
Novamente, ao capturarmos o sinal no final do estagio de amplificação, teremos agora uma tensão de pico equivalente a cerca de 4 a 5 V.
Essa tensão de saída do comparador vai ativar um temporizador, que será explicado a seguir.

Para garantir um disparo sem interferencia no trigger do nosso temporizador, conectamos um filtro de 680 nF e uma resistência de pullup de 10k ohm.

Capacitor ceramico de 680 nf como filtro.

Temporização

       O circuito do temporizador foi montado com um LM 555 configurado como um monoestável, já utilizado em práticas anteriores. Seu funcionamento permite elevar a tensão em sua saída para o valor da alimentação e mantê-la assim por um determinado período sempre que um pulso surgir na sua entrada de disparo (trigger). Nesse caso, a tensão de alimentação será de 5V, já que a alimentação do circuito é de 5V. Na saída do 555 teremos um flip-flop que será responsável por gripar o circuito em níveis lógicos 1 e 0, possibilitando ligar ou desligar o LED.

       Na entrada do trigger do 555 foi conectada a saída do amplificador. Dessa forma, sempre que o microfone gerar um sinal elétrico capaz de disparar o 555, a saída permanecera por um período de tempo satisfatório ativada. Para que essa constante de tempo seja alcançada devemos calcular seus parâmetros de acordo com a fórmula apresentada abaixo:

T = 1,1 CR

 Desejamos um tempo de aproximadamente 8 ms e escolhemos arbitrariamente um capacitor de 680 nF, temos que R deve ser igual a 10,7k ohm. Considerando esse valor, usaremos o valor comercial mais próximo e mais comum, que é 10k ohm.  Logo, o novo valor para o tempo será de 7,48 ms.

Parte de temporização LM555.

CI LM555 (timer).

Pinagem do LM555 (timer).

Na saída do monoestável, conectamos mais um filtro de altas freqüência, o capacitor de 100 nF, e também implementamos um pulldown (resistor de 10k ohm ), buscando evitar que clocks indesejados apareçam no flip-flop.

Outro filtro.

Acionamento

Para alternar o estado do LED que será acionado pelas palmas usaremos um flip-flop tipo D, encapsulado no CI4013. Esse flip-flop, com clock sensível a borda de subida, muda seu estado de saída para o mesmo estado que estiver na entrada D quando um pulso de clock for emitido ao circuito. Nesse projeto, o pulso de clock será a saída do temporizador 555. Para garantir que o circuito irá alternar seus estados a cada pulso de clock, ligaremos o flip-flop como flip-flop tipo T (toogle), onde conectamos a saída Q’ diretamente a entrada D. Assim, sempre que a saída Q estiver em 0, a saída Q’ vai estar em 1. Quando um pulso de clock chegar até o circuito, a saída Q muda para 1, a Q’ para 0 e quando um novo pulso chegar ao clock, a saída Q voltará para 0.

O LED será conectado à saída Q desse flip-flop por meio de uma resistência de 470 ohm. A importância dessa resistência é a limitação da corrente que passa pelo LED. É importante ressaltar que o LED será ligado ao flip-flop, ou seja, a corrente por ele drenada será fornecida por esse dispositivo. Nesse caso não tem muito problema porque a corrente é baixa. Mas para a ligação de outros componentes que drenem uma corrente alta se faz necessário um circuito de acionamento um pouco mais completo, com transistor e até relé, para aplicações que envolvem sistemas de potência.

CI  flip-flop CD4013.

 flip-flop CD4013.

Pinagem do CDflip-flop 4013.

        O circuito não apresentou muitos problemas no processo de desenvolvimento uma vez que ele foi montado seguindo as etapas explicada. Um forte exemplo para esse fato é o tempo estimado para o monoestável foi de 7,48 ms e o obtido na prática de 7,7 ms. Valores esses muito satisfatórios para o que foi projetado.
        Esse projeto pode ser considerado um protótipo para uma aplicação mais útil. Uma delas, simples e que pode ser muito usada no dia-a-dia, é o acionamento da iluminação de um determinado ambiente por palmas ou um estalar de dedos. Algumas modificações se fazem necessárias, como a remodelagem da parte de acionamento com a inserção de um transistor ou um relé de potência, mas o corpo do projeto é o mesmo.

Para uma montagem para acionamento de uma carga maior podemos utilizar um simples acionamento com um transistor BC548, e é muito importante colocar em anti-paralelo com o relê um diodo, esse impede que correntes induzidas pela bobina do relê danifique algum componete do circuito.

 

Acionamento de potência.

O final do projeto juntando todas as etapas anteriormente esplicadas separadamente tem a seguinte configuração:

Montagem final.