Conta Giros Para o Carro (ART2700)

Este artigo foi originalmente escrito em 1979, mas existem pontos importantes do projeto que podem ser aproveitados para sua implementação atual com tecnologia mais moderna. Por exemplo, a etapa de captação dos pulsos pode ser utilizada em alguns casos (carros antigos) e adaptada para carros sem platinado e o próprio display pode ser modificado para ser usado com microcontroladores.

Conforme salientamos, este projeto admite muitas atualizações que são altamente recomendáveis, já que o excitador de LEDs usado não mais pode ser obtido com facilidade devendo ser procuradas soluções alternativas. O artigo tem valor histórico.

O que um tacômetro faz é simples de ser entendido, se bem que nem sempre o significado de que o tacômetro faz o seja.

Um tacômetro nada mais é do que um instrumento que indica as rotações do motor, ou seja, a "velocidade" com que o motor gira, a qual é função da aceleração que lhe imprimimos e, portanto, pela quantidade de combustível que é levado ao mesmo.

Ora, todos os motores tem um ponto ideal de funcionamento em que obtemos uma relação ótima para a potência que ele produz e a quantidade de combustível que ele consome, ou seja, existe um ponto em que seu rendimento e máximo e, portanto, obtemos “maior quilometragem por litro", e isso só ocorre“ para uma determinada rotação.

Veja o leitor que não podemos simplesmente ter uma ideia desta rotação pelo velocímetro, pois o velocímetro indica apenas a velocidade do veículo e não a rotação do motor. Com um pouco de prática podemos ter uma ideia da rotação do motor para a quarta marcha, por exemplo, mas nas outras isso será difícil.

Isso significa que você tendo um controle melhor da rotação do motor com o tacômetro poderá economizar não só quando estiver em “quarta" como também poderá economizar nas outras marchas.

Outro ponto importante a ser notado é que as marchas precisam de uma certa rotação do motor para serem trocadas de modo que, com o tacômetro poderemos ter um controle melhor sobre isso. (figura 1).

 

Figura 1
Figura 1

 

Os tacômetros podem ser dos mais diversos tipos, sendo o mais comum para a eletrônica o que toma como referência para a medida de velocidade do motor (rotações por minuto) a velocidade com que os contatos do platinado do carro abrem e fecham,

Este sinal é levado a um circuito eletrônico o qual o converte numa informação visual, ou seja, aplica-o a um indicador no painel.

O nosso tacômetro no que se refere a retirada do sinal para a medida da velocidade pode ser considerado comum, mas não em relação à maneira como temos a indicação visual.

A utilização de circuitos integrados especiais permite a indicação luminosa feita pelo acendimento sequencial de pontos luminosos num painel, sem a utilização de dispositivos mecânicos tais como “relógios", etc. (figura 2).

 

Figura 2
Figura 2

 

Com a utilização destes integrados temos duas vantagens principais sobre todos os demais tacômetros conhecidos:

a) precisão e facilidade de leitura

b) efeito visual muito bom

A seguir, lendo o artigo o leitor poderá ter uma ideia melhor de como é fácil montar e instalar este tacômetro no seu carro, proporcionando-lhe uma economia de combustível muitas vezes maior do que você vai gastar com ele.

 

COMO FUNCIONA

Como sempre, mesmo tratando-se de um projeto prático, não deixamos de explicar. o seu princípio de funcionamento, visando com isso não só facilitar a montagem do mesmo como também, seu ajuste, instalação e até mesmo a introdução de melhoramentos que os mais habilidosos não deixarão de tentar.

Na figura 3 temos então o diagrama de blocos que serve para mostrar como funciona este tacômetro.

 

Figura 3
Figura 3

 

O primeiro bloco corresponde ao circuito de entrada que tem por função tomar os sinais de referência vindos do platinado do veículo e trabalha-lhos de modo a convertê-los numa maneira que corresponde às rotações do motor. Isto é feito da seguinte maneira:

Os pulsos produzidos nos platinados de um veículo tem uma frequência que depende não só da rotação do motor, como também do número de tempos do mesmo. Assim, fixado ou conhecido o número de tempos do motor podemos com facilidade fazer uma correspondência direta entre a frequência do sinal e o número de rotações.

Com isso o nosso tacômetro em suas etapas seguintes pode ser bastante semelhante em funcionamento a uma frequencímetro com uma escala em RPM (rotações por minuto).

A retirada dos pulsos diretamente do platinado, da maneira indicada na figura 4 tem como principal vantagem a não necessidade de nenhum transdutor como elemento de ligação entre o carro e o tacômetro o que sem dúvida é ponto a favor da sua facilidade de instalação.

 

Figura 4
Figura 4

 

 

Os pulsos que se obtém nos platinados apresentam no entanto uma forma de onda e uma intensidade que não são próprias as características do circuito: tais pulsos são irregulares e apresentam uma tensão algo elevada que poderia causar danos aos componentes sensíveis usados.

A primeira coisa que devemos fazer em relação aos pulsos de referência é, portanto, dotá-lo de uma conformação melhor para que elas possam ser usadas pela etapa seguinte.

Assim, o primeiro componente importante a ser analisado é o capacitor C1 que faz a confrontação destes pulsos que passam de forma de onda mostrada na figura 5-a para a forma de onda mostrada na figura 5-b.

 

Figura 5
Figura 5

 

 

O que este capacitor faz é "aplainar" as variações da tensão ou transientes que ocorrem nas aberturas do platinado e no seu fechamento. Veja que este capacitor tem uma certa velocidade de ação no circuito a qual deve ser conciliada com a velocidade de abertura e fechamento dos platinados, ou seja, a rotação do motor.

Seu valor deve ser então função do número de cilindros do motor, sendo usado um de 68 nF para motores de 4 cilindros e de 47 nF para motores de 6 cilindros.

O sinal deste circuito de entrada, retirado deste capacitor, agora formado por um pulso para cada abertura dos contatos, é levado a um multivibrador cujo funcionamento é o seguinte:

No instante em que os contatos abrem e as velas produzem as faíscas é produzida uma oscilação conforme já vimos a qual é aplainada para então “gatilhar” o circuito integrado Cl-1, um multivibrador formado por um 555.

Este circuito produz então um pulso perfeitamente regular de duração constante para cada pulso de entrada. A duração, destes pulsos é determinada pelos componentes, P1, R6 e C3. (figura 6).

 

Figura 6
Figura 6

 

 

A frequência de abertura e fechamento dos platinados é muito importante na determinação dos valores dos componentes usados nesta etapa.

Esta frequência pode ser facilmente calculada para qualquer veículo levando-se em conta o número de cilindros, a rotação do motor e o número de tempos.

F = N/30 x C/S

onde: C é o número de cilindros, S o número de tempos de um ciclo completo, e N a rotação (RPM).

Para um motor de 4 tempos x 4 cilindros temos:

F = N/30 x 4/4

F – N/30

Isso quer dizer que, com uma rotação de 6.000 rpm, teremos uma frequência de 200 Hz. Utilizando a mesma fórmula podemos calcular a frequência obtida por outros tipos de motores, o que será essencial para fazer o ajuste do instrumento quando o mesmo for instalado em seu carro.

Onde é que entra o 555 nisso tudo?

O circuito integrado Cl-1 é gatilhado através do pino 2 sendo aplicado ao mesmo um pulso negativo. A função do C2 neste circuito é garantir que somente pulsos de uma determinada duração mínima possam disparar o integrado, pois de outra maneira, nas baixas rotações o coletor de Q1 poderia permanecer baixo por um tempo maior que o do monoestável e em consequência o 555 gatilhado novamente.

O resultado disso seria a indicação de um múltiplo do número real de rotações.

Se os pulsos de saída foram muito longos, mais longos que o período da frequência de entrada, porém' mais curtos que duas vezes esse período, o C1 não terá ainda retornado a sua posição inicial quando chegar o pulso seguinte.

Isso significa que este segundo pulso não terá efeito: Se forem perdidos pulsos alternados, a consequência será a indicação de uma rotação igual à metade da rotação real.

Para evitar isso, P1 deve ser ajustado de modo que o tempo do monoestável seja mais curto que o mais curto dos períodos.

Ainda nesta etapa, temos mais um elemento importante a analisar:

Um filtro de saída não seria necessário se um indicador comum fosse usado como, por exemplo, um galvanômetro em que a inércia do ponteiro é suficientemente grande para não acompanhar os pulsos individualmente, vibrando com eles. No caso do nosso indicador, por ser eletrônico de muito alta velocidade, uma filtragem é necessária o que é conseguido por uma rede tripla RC. (figura 7).

 

Figura 7
Figura 7

 

 

Passamos então a análise do segundo bloco.

O tipo de indicação luminosa por uma sequência de LEDs que acendem em função da rotação do motor, é possível apenas pelo emprego do conversor analógico para escala linear que é o UAA170 (Circuito integrado difícil de obter atualmente).

Este circuito integrado permite que a partir de um sinal de excitação se obtenha uma única saída que é determinada pelas características deste sinal, no caso sua intensidade.

Assim, fixando as duas tensões entre as quais este circuito opera podemos ligar nas duas saídas LEDs indicadores de tal modo que o que acenderá será determinado pelo valor da tensão de entrada.

Para uma tensão mínima acende o primeiro, para a máxima o último e para qualquer tensão intermediária o LED correspondente intermediário. (figura 8).

 

Figura 8
Figura 8

 

Veja o leitor que a indicação no caso é feita por “saltos" já que temos para cada integrado 16 pontos de indicação. Assim para os casos em que se desejar maior precisão de indicação, com mais de 16 pontos na escala podemos usar mais um integrado e é justamente o que fazemos obtendo com isso a possibilidade de utilizar 30 LEDs. (figura 9)

 

Figura 9
Figura 9 | Clique na imagem para ampliar |

 

Ora, mas se cada integrado fornece 16 pontos porque 2 não fornecem 32 mas tão somente 30.

Veja o leitor que uma vez ultrapassada a tensão superior do primeiro CI quando seu último LED acende, atinge-se a tensão que dispara o primeiro LED do segundo Cl, o segundo, e assim por diante. Assim, ao funcionar este segundo CI o último LED permaneceria aceso formando um ponto a mais na escala, o que é indesejável.

Assim, no circuito prático substituímos o último LED do primeiro UAA17O por um diodo comum. Do mesmo modo, quando a tensão cai abaixo do limite inferior de operação do segundo Cl indicador, seu primeiro LED permaneceria aceso ao mesmo tempo em que os outros do primeiro Cl.

Este LED deve, portanto, ser eliminado e substituído por um diodo comum. Isso nos leva a utilizar na escala apenas 30 LEDs em lugar de 32, mas mesmo assim, a precisão é excelente para a finalidade a que se destina o instrumento.

Um ponto importante a ser considerado no funcionamento desses dois integrados é a sua faixa de operação.

Os dois circuitos integrados recebem a mesma tensão do bloco anterior pelo pino 11, mas as tensões de referência que determinam os pontos entre os quais os LEDs devem acender são ajustadas separadamente de modo que o primeiro Cl opere entro de uma faixa de tensões de 0 a X e o segundo de X a Y tal que a faixa toda de O à Y seja a faixa possível das rotações do motor ou seja, 0 a 8 000 giros (figura 10).

 

Figura 10
Figura 10

 

 

MONTAGEM

Um dos pontos mais importantes visados para a instalação de um instrumento deste tipo num carro é o seu tamanho reduzido. Assim, de modo a se obter o menor volume possível e com isso melhor aparência, a montagem deverá ser feita empregando a técnica do circuito impresso, e a instalação do conjunto poderá ser feita numa caixa para a qual daremos diversas sugestões interessantes.

Uma dessas sugestões está na utilização de uma luva de PVC, enquanto que a outra que permite melhor aparência, na utilização de uma caixa de “tweeter" conforme mostra a figura 11.

 

Figura 11
Figura 11

 

 

É claro que a partir do momento que o leitor sabe que uma opção válida é a utilização de uma caixa ”cilíndrica" existem muitas possibilidades de variações.

Para o painel com as graduações das rotações por minuto, a nossa sugestão é mostrada na figura 12.

 

Figura 12
Figura 12

 

 

Começamos então com o diagrama completo do tacômetro com as placas de circuito impresso o qual é mostrado na figura 13.

 


 

 

 

Figura 13
Figura 13 | Clique na imagem para ampliar |

 

 

Todos os componentes com exceção de Lx e Cx são instalados em 3 placas de circuito impresso redondas que montadas uma sobre a outra permitirão o maior grau possível de compacidade do aparelho.

Lx e Cx formam um filtro externo que pode ser necessário quando houver interferência da parte elétrica do carro no seu funcionamento o que será caracterizado pelo acendimento aleatório com menor intensidade de outros LEDs além do correspondente a indicação real da rotação. Lx é um filtro do tipo comumente usado para eliminar ruídos em toca-fitas ou auto-rádios ou então 50 voltas de fio esmaltado num bastão de ferrite. Cx pode ser qualquer capacitor de 100 nF à 470 nF.

Como é exigido o máximo grau de miniaturização para esta montagem, será recomendada a utilização de resistores de 1/8 W (alguns serão instalados em posição vertical), capacitores de poliéster metalizado ou cerâmicos do tipo miniaturas e eletrolíticos de terminais paralelos.

Os trimpot também são do tipo miniatura e os LEDs de 2 mm de diâmetro.

Na figura 14 temos uma vista explodida do aparelho.

 

   Figura 14
Figura 14 | Clique na imagem para ampliar |

 

Usando um ferro de soldar de pequena potência com ponta fina, o leitor pode iniciar a montagem pela placa superior onde ficarão os LEDs.

Para isto, são os seguintes os principais cuidados a serem observados:

Solde os 30 LEDs em posição, observando sua polaridade a qual pode ser dada em função do lado chato dos mesmos ou então pela disposição interna dos eletrodos visível normalmente pelo invólucro transparente, conforme mostra a figura 15.

 

Figura 15
Figura 15

 

 

Tome cuidado para que todos os LEDs fiquem na mesma altura para não prejudicar o acabamento da escala.

 

b) Solde a seguir todos os "jumpers" que nada mais são do que pedaços de fios interligados determinados pontos da placa. Estes jumpers devem ser retos e isolados. A seguir, você pode passar à montagem da segunda placa em que são instalados os circuitos integrados UAA 170. Os cuidados principais a serem tomados e a sequência de ligações é a seguinte:

a) Comece pela soldagem dos circuitos integrados observando sua posição (dada pelo ressalto), e tomando cuidado para que espalhamentos de solda não venham curtocircuitar terminais.

b) Solde a seguir os trimpot tomando cuidado para não danifica-los com o excesso de calor.

c) Solde os dois diodos que substituem os LEDs que não podem aparecer na escala, observando sua polaridade.

d) Solde todos os resistores conferindo seus valores pelos anéis coloridos.

e) Solde o capacitor de 0,1 uF em posição.

f) Solde os jumpers J2, J3, J5 e J7 que são semelhantes aos da placa anteriormente montada.

Com esta placa montada você passará à soldagem dos componentes na terceira placa.

a) Comece pelo circuito integrado, observando sua posição e tomando cuidado para que os espalhamentos de solda não venham curtocircuitar seus terminais.

b) Solde os resistores que são todos de 1/8W observando os valores que são dados pelo código de cores.

c) Solde os diodos comuns e os diodos zener tomando cuidado para não trocá-los nem fazer confusões de valores com os zeners. Cuidado para não danificar estes componentes na soldagem e observe sua polaridade.

d) Solde o trimpot em posição.

e) Solde os capacitores observando a polaridade dos eletrolíticos.

f) Complete a montagem soldando os transistores e o jumper. Para os transistores, observe bem sua polaridade, dada pela posição do lado achatado.

Completada a montagem desta placa você deve pensar nas interligações entre elas antes de fazer a instalação definitiva do aparelho.

As interligações destas placas são mostradas na figura 16.

 

Figura 16
Figura 16

 

 

Para as ligações da placa dos LEDs para a placa dos circuitos integrados excitadores sugerimos a utilização de pedaços de fios nus de pequenos comprimentos. Estes fios devem ser soldados por baixo da placa, pois pelo contrário não será possível fazer a instalação do conjunto na caixa, o mesmo ocorrendo em relação as interligações da segunda placa para a terceira.

As ligações externas que saem por baixo da terceira placa devem passar por um orifício na caixa indo aos pontos indicados.

Completada a montagem você pode verificar o funcionamento de seu tacômetro e ajustá-lo sem precisar liga-lo ao carro recorrendo para esta finalidade a um circuito de prova.

 

AJUSTE E INSTALAÇÃO

O circuito dado originalmente serve para motores de 4 tempos com rotação de até 8 000 rpm, mas para os outros tipos já demos os cálculos que permitem determinar os valores dos componentes que devem ser usados.

Dois tipos de procedimentos para verificação do funcionamento e ajuste são possíveis:

 

AJUSTE 1

Gire P1 na placa de circuito impresso inferior (do 555) no sentido anti-horário totalmente.

Gire P2 na placa intermediária de circuito impresso totalmente no sentido anti-horário.

Ligue o circuito numa fonte de 12 V, observando a polaridade.

Conecte à entrada do circuito o secundário de um transformador redutor de tensão com o primário ligado na rede local, tendo este secundário de 5 à 15V.

Veja que, com isso teremos um sinal alternado disponível de 60 Hz que pela fórmula já analisada corresponde a 1800 RPM.

Bastará então ajustar Pl1na placa intermediária do tacômetro até que acenda o led correspondente a uma rotação de 1800 RPM.

Isso completa o ajuste do aparelho, podendo o mesmo ser definitivamente instalado em sua caixa e no veículo.

 

AJUSTE 2

Este é destinado aos que possuírem um gerador de áudio.

Gire P1 e P2 no sentido anti-horário.

Aplique na entrada do circuito um sinal cuja frequência seja 10% mais alta que a máxima frequência que pode ocorrer.

Gire P1 no sentido horário. A leitura deve ir subindo gradualmente até um instante em que ela voltará para meia escala.

Deixe P1 nesta posição.

Aplique agora uma frequência que corresponda ao máximo número de rotações possível. A indicação deverá subir para uma leitura quase correta.

Ajuste então P2 para uma indicação exata.

Se, por acaso, seu tacômetro passar a indicar uma leitura como o dobro das RPM reais, experimente alterar o valor de R1 na placa do tacômetro. Este valor não deverá entretanto ser inferior a 4,7K.

Se a leitura mudar subitamente para uma indicação de meio valor, é sinal de que P1 não está corretamente ajustado devendo-se portando repetir todo o procedimento de ajuste.

Para a ligação final no carro é muito simples, pois temos apenas 3 fios:

a) O primeiro marcado com + 12V deve ir ligado a alimentação do carro após a chave de contacto para que, quando esta for ligada o circuito também o seja, automaticamente.

b) O fio (-) deve ir ligado a qualquer ponto do chassi ou ao (-) da bateria.

c) O fio marcado como “platinado” deve ir ligado a este elemento do lado vivo, ou seja, no fio que vai deste componente à bobina.

Para os três casos podem ser usados cabinhos flexíveis.

 

PLACA SUPERIOR:

30 LEDs vermelhos comuns

Diversos: Fios, Solda, Placa de Circuito Impresso

 

PLACA INTERMEDIÁRIA:

CI-1 , CI-2 - Circuito Integrado UAA]170

C1-100 nF

R11, R15, R16 – 10 k ohms x 1/8 W (marrom, preto, laranja)

R12, R14 – 1 k ohms x 1/8 W (marrom, preto, vermelho)

R13 – 470 k ohms x 1/8 W (amarelo, violeta, amarelo)

R17, R18 – 22 k ohms x 1/8 W (vermelho, vermelho, laranja

P1 – 10 k - trimpot

P2 – 100 k - trímpot

Diversos: Fios, Solda, Placa de Circuito impresso

 

PLACA INFERIOR:

CI-1 - 555

Q1, Q2 - BC548, ou equivalente

R1, R2 – 100 k ohms x 1/8 W(marrom, preto, amarelo)

R3 - 3,3 k ohms x 1/8 W (laranja, laranja, vermelho)

R4, R7 – 1 k ohms x 1/8 W (marrom, preto, vermelho)

R5 – 27 k ohms x 1/8 W (vermelho, violeta, laranja)

R6, R8 – 10 k ohms x 1/8 W (marrom, preto, laranja)

R9 - 47 ohms x 1/8 W (amarelo, violeta, preto)

R10 - 5,6 k ohms x 1/8 W (verde, azul, vermelho)

P1 – 100 k - trímpot

C1 - 220 nF

C2 - 2,2 pF

C3 - 100 nF

C4 - 100 nF

C5 - 22 nF

C6 - 68 nF

C7 – 4,7 uF

C8 - 100 uF

C9 - 10 uF

 


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