Shields Inteligentes Para Atuadores (MIC149)

Alguns tipos de cargas como solenoides, relés ou motores, podem ser conectados em arranjos inteligentes que aliviam o trabalho de microcontroladores na execução de determinadas tarefas. É o caso dos sistemas de acionamento duplo que descrevemos neste artigo.

O acionamento duplo de cargas de potência pode ser realizado com diversas configurações de circuitos. Estas configurações consistem em soluções interessantes tanto quando utilizam circuitos lógicos discretos em projetos simples como microcontroladores, funcionando como shields.

Neste artigo apresentamos soluções que basicamente são aplicadas a solenoides, no entanto, elas também podem ser usadas com qualquer tipo de carga de potencia sensível à polaridade ou ao movimento.

 

Atuadores Duplos de Solenoides

Dois solenoides podem ser usados num arranjo simples para um controle de direção, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – Arranjo duplo de solenoides
Figura 1 – Arranjo duplo de solenoides

 

Quando X1 é acionado a alavanca é puxada numa direção e quando X2 é acionado a alavanca se move na direção oposta.

O sistema pode ser acoplado, por exemplo, a uma roda de controle, mudando assim a direção de um robô.

Outra aplicação possível é mostrada na figura 2, em que o acionamento de um ou de outro solenoide movimenta um objeto em duas direções possíveis.

 

Figura 2- Movimentando um objeto
Figura 2- Movimentando um objeto

 

Observe que neste tipo de aplicação os dois solenoides não podem ser energizados ao mesmo tempo. Trata-se de uma condição proibida que deve ser evitada.

Damos a seguir alguns circuitos práticos para o acionamento de solenoides (e conforme indicamos na introdução) também podem ser empregados com outros tipos de cargas que exijam o acionamento alternado.

 

Controle Inteligente para dois solenoides

O circuito mostrado na figura 3 usa transistores de potência de tipos complementares e está projetado de tal forma que ele evita o estado proibido de acionamento ao mesmo tempo dos dois solenoides.

 

Figura 3 – Shield inteligente com dois transistores
Figura 3 – Shield inteligente com dois transistores

 

Quando a entrada está no nível lógico alto, ou recebe um sinal de pelo menos 1 V, ou solenoide X1 é energizado enquanto que o solenoide X2 permanece desenergizado. Quando e entrada passa ao nível lógico baixo ou 0 V, o solenoide X1 desliga e o solenoide X2 liga.

Os transistores são escolhidos de acordo com a corrente de carga, ou dos solenoides controlados. Para os BD135 e BD136 a corrente máxima está em torno de 500 mA.

Os resistores de 1 k podem ser reduzidos para 330 ohms no caso de acionamento pela saída de microcontroladores. Veja que a tensão de alimentação do circuito não precisa ser necessariamente a tensão do microcontrolador.

Essa tensão que pode variar entre 3 e 24 V é a tensão exigida para o acionamento do solenoide, ou outra carga controlada.

 

Shield Inteligente para solenoides usando transistores Darlington

A mesma configuração vista no item anterior pode ser elaborada com transistores complementares Darlington, conforme mostra a figura 4.

 

Figura 4 – Shield inteligente com transistores Darlington
Figura 4 – Shield inteligente com transistores Darlington

 

Esta configuração tem uma sensibilidade maior, podendo ser acionado com uma corrente muito menor. No caso, poucos miliampères são necessários para controlar dois solenoides com correntes da ordem de até 1 A.

Em particular, esta configuração é indicada para acionamento a partir de lógica CMOS, TTL e a saída de microcontroladores.

Como shield, o resistor de 10k pode eventualmente ser alterado, conforme o nível de sinal obtido e a alimentação para os solenoides pode ser diferente da usada para o microcontrolador.

 

Shield inteligente usando lógica CMOS

Na figura 5 temos um circuito de controle usando lógica CMOS. Neste caso também, o estado proibido é evitado, e o transistor depende da corrente de acionamento do solenoide usado.

 

Figura 5 – Shield usando CMOS
Figura 5 – Shield usando CMOS

 

O circuito integrado deve ser alimentado pela mesma tensão do microcontrolador.

Para os transistores BD135 a corrente máxima do solenoide é de 500 mA, mas podem ser usados os TIP31 para correntes até 1 A, e pares Darlingtons para correntes maiores.

 

Shield com CMOS e MOSFETs de potência

Solenoides de correntes elevadas podem ser controlados com o circuito mostrado na figura 6.

 

Figura 6 – Usando MOSFETs e CMOS
Figura 6 – Usando MOSFETs e CMOS

 

Neste caso também, se o circuito for usado como shield a alimentação do pino 7 do CMOS deve ser a mesma do microcontrolador. Para os MOSFETs a tensão deve ser de acordo com os solenoides ou cargas controladas.

Para correntes elevadas, o MOSFETs devem ser montados em bons dissipadores de calor.

 

Conclusão

Os circuitos que vimos podem ser modificados de diversas maneiras, por exemplo, com o uso de configurações complementares, transistores adicionais para se obter melhor excitação e muito mais.

Outras possibilidades incluem o uso de recursos mecânicos para retorno do núcleo dos solenoides quando eles não estão inter-acoplados, conforme mostrado nas figuras 1 ou 2.

Também podem ser usados núcleos magnetizados com a mesma finalidade. Enfim, o que vimos são ideias básicas que podem ser utilizadas nos mais diversos projetos.

 

 


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