Métodos para economizar combustível são sempre benvindos nos dias atuais. Unia maneira de se controlar o gasto de combustível e por meio do medidor de gasolina. As leituras deste instrumento permitem uma avaliação imediata do consumo e detectam a necessidade de regulagem de motor. Neste artigo descrevemos um medidor digital de combustível para o carro, um instrumento de grande utilidade no controle dos gastos com combustível.
Nota: Artigo da Revista Saber Eletrônica de março de 1981. O autor, de colaborador naquela época passou a ser um dos parceiros do Instituto Newton C. Braga. Professor universitário ele é hoje um dos responsáveis pela revista INCB Eletrônica.
A atual crise de energia ocasionada pelos altos preços do petróleo afeta vários setores da economia mundial, principalmente os que dependem do automóvel. Como não existe um meio imediato de se baixar o preço do combustível, a solução mais procurada para a crise é aquela que permite uma redução do consumo de combustível.
O que é proposto neste artigo é a construção de um instrumento, um medidor digital de combustível, que permite ao usuário do automóvel um melhor controle do consumo de gasolina e com isso detectar com facilidade uma eventual necessidade de regulagem ou troca de peças como velas, limpeza de carburador, etc. O aparelho fornece uma leitura por meio de dois displays LED de 7 segmentos, conforme mostra a figura 1.
De funcionamento simples, este indicador pode ser adaptado em praticamente qualquer veículo nacional, operando com os 12 V de sua bateria.
FUNCIONAMENTO
O circuito consiste basicamente num conversor analógico-digital. A função de um conversor analógico digital é converter uma medida que varia linearmente dentro de uma faixa de valores, em quantidades discretas que possam ser representadas por números inteiros, no caso os displays de led. No nosso caso, a quantidade que deve ser indicada é a do número de litros de gasolina existentes no tanque, conforme mostra a figura 2.
O medidor digital para ser analisado é dividido em 8 etapas: foto-câmara; oscilador de entrada; operador de função lógica; inversor; contador; decodificador e memória; display; conversor de 12V para 5,1 V.
A primeira etapa, a foto-câmara, tem por função retirar a informação do nível de combustível da boia existente no tanque, sendo formada por uma lâmpada de 6V e um fototransistor. A posição destes dois componentes é tal que o fototransistor recebe a luz da lâmpada. A ligação da lâmpada no circuito é em série com a resistência acionada pela boia que já existe no indicador normal de gasolina de todos os veículos. Assim, a corrente que circula pela lâmpada depende da resistência apresentada pela boia que por sua vez é função da quantidade de combustível existente no tanque. A luminosidade da lâmpada é proporcional à quantidade de gasolina existente no tanque. Como a luz desta lâmpada incide diretamente no fototransistor, temos neste componente uma corrente que é proporcional à grandeza inicial: a quantidade de combustível. Na figura 3 temos o diagrama e o desenho da foto-câmara.
O oscilador de entrada converte a corrente do fototransistor em frequência. Isso é conseguido através de um multivibrador astável formado por um integrado 555. Quando o fototransistor está iluminado, a corrente que por ele flui carrega o capacitor ligado aos pinos 2 e 1 até que 2/3 da tensão de alimentação sejam atingidos, quando então o 555 comina sua saída (pino 3) que estava no nível H 1 para o estado de não condução LO.
Neste instante, o capacitor se descarrega através do resistor ligado aos pinos 6 e 7 do Cl até que sua tensão caia para 1/3 da tensão de alimentação. Daí em diante o ciclo se repete resultando em oscilação. A forma de onda obtida é retangular e é compatível com a lógica TTL. O operador lógico é o coração do circuito. Ele comanda as funções das outras partes do circuito.
Ele é composto por 1 oscilador, 1 contador e um decodificador. O oscilador é idêntico ao oscilador de entrada tendo como únicas diferenças o valor do capacitor que é maior, e o trimpot para ajuste da frequência de operação.
O contador é do tipo BCD. Ele é que irá codificar os pulsos do oscilador de zero até três. Essa codificação irá para o decodificador que irá distribuir nas saídas 0, 1, 2 e 3 um sinal lógico responsável pelo comando da memória, oscilador de entrada e o reset dos contadores. Na figura 4 temos a tabela lógica do operador.
O inversor é ligado na saída 3 do operador de função lógica. Sua função é inverter o sinal proveniente do decodificador que é baixo, para um nível alto, para excitar o reset dos contadores (pinos 2 e 3 dos integrados 7490). O circuito consta de 1 transistor, 2 resistores e um diodo, conforme mostra a figura 5.
Os contadores são idênticos ao contador do operador de função lógica. São do tipo BCD mas contam de zero até nove. Sua entrada (pino 14) registra os pulsos do oscilador de entrada e depois sua saída (pino 11) é conectada a outro contador. Temos deste modo um contador de unidades e dezenas. Suas saídas 8, 9, 11 e 12 são ligadas à entrada do decodificador memória.
O decodificador é o 9368 para 7 segmentos em catodo comum. Este decodificador possui internamente uma memória (latch).
As saídas dos contadores passam pelo latch indo depois para as portas decodificadoras. O pino 3 do 9368 é denominado latch enable. Ele é o controle da memória. Estando em nível baixo, a memória transfere os dados nela armazenados para o decodificador, e se estiver em nível alto ela reterá os dados. A memória tem por função evitar que a leitura se perca ao se dar o reset nos contadores. O pino 3 está ligado diretamente no operador de função lógica. Na figura 6 temos os contadores, decodificadores e a memória numa representação em blocos.
O display usado é o FND560 de catodo comum, cor vermelha. Na sua falta pode ser utilizado o FND500 ou qualquer equivalente devendo ser observada a pinagem e o fato do mesmo ser catodo comum.
O conversor 12/5,1V reduz os 12V da bateria do carro para 5,1V para que o circuito seja alimentado. É formado por um transistor do tipo 2N 3055, um resistor de 1/2W, um diodo zener e um capacitor de valor elevado. Na figura 7 temos o diagrama completo do medidor digital de combustível.
MONTAGEM
A montagem será feita numa placa de circuito impresso para o circuito básico e outra para os displays. Na figura 8 temos a placa do circuito impresso para o circuito básico e na figura 9 temos a placa para os displays.
Os Cls são todos do tipo DIL (Dual In Line) devendo ser observada pelo seu chanfro a posição de montagem.
Na instalação dos Cls na placa de circuito impresso pode-se optar pela utilização de soquetes. Os transistores de baixa potência (BC308 ou BC558) são do tipo PNP. O transistor do conversor é NPN para alta potência.
O fototransistor usado é o 2N5778 dos quais apenas 2 terminais são ligados. No desenho da placa de circuito impresso é mostrada a ligação do fototransistor. Na figura 10 temos a identificação dos terminais dos semicondutores.
Os resistores são todos de 1/8W com exceção de R1 que é de 1/2W. Os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho igual ou maior que 16V. Os de cerâmica devem ser compatíveis em dimensões com a furacão da placa. Os trimpots são comuns, conforme mostra a figura 11. A lâmpada baioneta é do tipo usado em painéis de rádio, para 6V com base baioneta.
Iniciaremos a montagem pelo conversor de 12/5,1V. O transistor deve ser soldado na placa diretamente. O invólucro do 2N3055 é o seu coletor e deve ser conectado eletricamente por meio de um parafuso e soldado do outro lado. O parafuso deve ser galvanizado para que a oxidação não impeça a circulação de corrente. Na figura 12 é mostrada a instalação do transistor.
Depois solde o resistor, o capacitor e o zener. Veja a posição do zener, ficando sua faixa voltada para o transistor. A foto-câmara deve ser montada com um tubo opaco de tamanho compatível com a placa, e o seu diâmetro de acordo com a lâmpada. O fototransistor antes de ser soldado deve ser colocado numa rodela de borracha para tampar o tubo. A borracha deve então encaixar no tubo como uma tampa. Na lâmpada deverá ser soldado fio rígido desencapado que depois é soldado no furo. São dois fios que seguram a lâmpada em posição de entrar no tubo. Na figura 13 damos a montagem desta foto-câmara.
Solde nos terminais do trimpot pedaços de fio rígido que servirão de terminais. Solde todos os resistores e capacitores. Os capacitores C2 e C3 devem ser do tipo de terminais paralelos. Caso estes não sejam encontrados, use de terminais axiais, mas em montagem vertical.
Por último solde os transistores e os Cls. Caso sejam utilizados soquetes, estes é que serão soldados na placa. Na outra placa, solde os displays.
Nos locais indicados na placa (figura 7 e 8) solde os fios de interligação dos displays ao circuito principal. Os fios não devem ter mais de 50 cm para não haver perda de luminosidade nos displays. Após a colocação dos fios, estes devem ser aglomerados e amarrados ou presos com fita isolante.
Na figura 14 temos o modo de fazer esta montagem
Solde os jumpers na placa dos Cls. Os jumpers devem ser feitos com fio rígido encapado. Nos pontos X e Y será soldado um fio blindado. Y é o cabo interno e X a blindagem. Solde nos pontos W e Z os cabos da bateria.
O fio que vai ao polo positivo é o W. Intercale com este fio uma porta fusível do tipo autorrádio com fusível de 500 mA.
VERIFICAÇÃO
Completada a montagem verifique todos os pontos de solda nos componentes, jumpers, e os fios dos displays. Verifique também a conexão do parafuso ao transistor de potência e placa de circuito impresso
Veja também as posições de montagem dos demais transistores e dos circuitos integrados.
AJUSTE E INSTALAÇÃO
O ajuste deve ser feito do seguinte modo:
Ligue a parte elétrica do carro e anote quantos litros o medidor de gasolina indica. Depois desligue o fio positivo do mesmo e ligue-o ao medidor digital de combustível. O fio de medidor digital correspondente ao negativo deve estar ligado ao chassi do carro.
Imediatamente os displays devem acender indicando o número 00. Ligue os fios dos pontos X e Y. O fio X (blindagem) vai ligado à carcaça da boia do tanque enquanto o fio Y (interno) vai ligado na parte isolada. Na conexão desse fio é colocado um resistor de 6R8 x 1/2W. As ligações são mostradas na figura 15.
Quando ligados, os displays indicarão um número qualquer. Ajuste o trimpot até que ele indique o número de litros anotado anteriormente no marcador normal de gasolina. Se nó trimpot 2 não se conseguir o ajuste, mexa no trimpot 1. Para a instalação definitiva sugerimos 2 opções: com os 2 medidores (o original e o digital) ou só o digital. Para a primeira opção, uma chave irá comutar um ou outro (figura 16).
Os displays poderão ser alojados em uma pequena caixa instalada sobre o painel e os fios irão até a placa dos Cls que ficará interna ao painel. Na figura 17 damos uma ideia de como isso pode ser feito.
Verifique antes da instalação final de seu medidor digital se a boia do tanque não está apresentando faíscas. Caso esteja, verifique a montagem pois estas faíscas podem ser resultantes de curtos-circuitos ou componentes defeituosos.
