O que propomos neste artigo é um controle "inteligente" para lâmpada externa através do miniCLP. Assim será possível ligar/desligar uma ou mais lâmpadas após o cair da tarde, mas de forma "temporizada", poupando energia e, portanto, dinheiro!
Nota: O artigo saiu numa Mecatrônica Fácil de 2004
Um dos novos ramos que se abre para o técnico e engenheiro mecatrônicos é a "domótica" ou "automação residencial/predial". Nesta nova "ciência" estão envolvidos o desenvolvimento e a aplicação de sistemas de segurança e comodidade em uma residência/edifício.
Atualmente, existem vários estudos sobre "casa inteligente". Segundo esses estudos uma "casa inteligente" deve ter a capacidade de controlar uma série de dispositivos, interligados entre si ou não.
Tais dispositivos podem ser:
- Centrais de alarme;
- Portões automáticos;
- Sistemas fechados de TV para segurança;
- Controle de iluminação "natural" ou "artificial";
- Controle de temperatura ambiente;
- Central de telefones internos;
- Etc.
Muitos são os recursos que podem ser agregados ao controle (automação) de uma casa inteligente. Pretendemos, a partir desta edição, trazer aos nossos leitores uma série de ideias e informações sobre o assunto para que este tenha mais esta opção para a criação de dispositivos ligados à área e também possa conhecer mais uma opção quando da escolha de uma futura carreira.
POR QUE UTILIZAR UM CONTROLE INTELIGENTE?
Muitos leitores devem estar se perguntando: "Porque devo utilizar o miniCLP no controle de uma lâmpada externa? Uma simples e barata fotocélula já não cumpriria este papel de forma mais barata?' A resposta a esta pergunta é sim. Uma fotocélula, dessas encontradas em casas de materiais elétricos e até de construção, cumpre bem este papel. Porém, o que ficou barato hoje ficará bastante caro amanhã! Vamos explicar.
Na figura 1 o leitor tem um exemplo de instalação de uma fotocélula comum, dessas que citamos anteriormente. Elas são instaladas em postes (e até mesmo paredes externas) e sua única função é detectar a falta de luz do sol (no cair da tarde) e através de um relé interno ligar uma lâmpada. Ao amanhecer, com o retorno da luz do sol, a fotocélula desligará o relé e a lâmpada apagará.
Sendo assim, a fotocélula cumpriu o seu papel. Mas vivemos em um tempo de "contenção de despesas'. Em muitos ambientes, não 'há a necessidade de várias ou até mesmo urna única lâmpada ficar acesa a noite/madrugada toda. Basta fazer as contas de quanto se gastaria com urna única lâmpada de 60 W acesa durante um período mínimo de 10 horas (das 19:00 as 5:00).
É claro que esse período irá variar de região para região, podendo ser maior em algumas e menor em outras. E teríamos que considerar também a estação do ano: no inverno, as noites são maiores em relação ao dia, ocorrendo justamente o contrário no verão. Veja os seguintes cálculos:
Uma lâmpada de 60 W acesa durante uma hora gasta:
0,06 kWh (watts transformados em quilowatts) A mesma lâmpada acesa num período de 10 horas diárias gastará: 0,06 kWh x 10 = 0,6 kWh E esta lâmpada acesa no período de horas citado, em 30 dias gastará: 0,6 kWh x 30 = 18 kWh/mês Consulte a conta de energia elétrica que você recebe em sua casa ou a Concessionária responsável da sua região para saber o preço do quilowatt/hora. Ele não é tão barato assim!
Agora, imagine se você precisar de mais lâmpadas acesas para iluminar o local durante a noite! Imagine um jardim com 500 metros quadrados. Inclua o número de lâmpadas extras no cálculo e veja o tamanho da conta a pagar! Como dissemos anteriormente, o barato ficou caro!
Vamos agora pensar que a lâmpada fique acesa num período menor, determinado através de um programa, pois o sistema a ser instalado é "inteligente". A lâmpada acenderá as 19:00 h e apagará a 01:00 h da madrugada (período de seis horas). Refaça os cálculos e encontrará um consumo final de 10,8 kWh. Uma diminuição de 7,2 kWh todo mês na conta.
Faça as contas para o número de lâmpadas necessárias e veja a economia feita! Portanto, os gastos com um circuito inteligente serão pagos no decorrer de alguns meses na conta de energia elétrica.
Esta é nossa proposta. Demonstrar ao leitor como montar um sistema capaz de acender uma lâmpada ao entardecer e apagá-la após um período, economizando alguns reais a cada mês.
O MINICLP BS
O miniCLP-BS é um controlador lógico programável desenvolvido a partir de um microcontrolador "embedded" muito conhecido e utilizado aqui na revista Mecatrônica Fácil, o Basic Step 1 (veja a figura 2). As principais características do MiniCLP-BS são:
- 4 Entradas opto-acopladas com tensão entre 5 V e 24 V;
- 4 Saídas através de ralés (contatos NA e NF);
- LEDs indicativos quando da atuação das saídas;
- Gabinete na norma DIN;
- Processamento de até 5000 instruções por segundo;
- Programável na linguagem TBasic (BASIC).
Não entraremos a fundo sobre a montagem do miniCLP BS neste artigo, pois todos os detalhes sobre a mesma já foram demonstrados na edição n214.
Como conseguir o miniCLP
Para aqueles que não possuem a edição 14, a Saber Marketing comercializa os números já publicados e que não são mais encontrados em bancas de jornal. Consulte www.sabermarketing.com.br. (*)
(*) A empresa não mais existe na época em que recueramos o artigo - 2020.
A Tato Equipamentos Eletrônicos comercializa o MiniCLP-BS e é uma opção para aqueles que não desejam montá-lo. Para maiores informações, consulte www.tato.ind.br
SENSOR DE LUZ
O miniCLP é apenas um controlador lógico, sem qualquer tipo de Sensor. Ele é capaz somente de detectar se houve uma mudança (lógica) -em suas portas de entrada, alterando suas saídas de acordo com o programa interno. Ainda assim, resta o problema: temos de detectar a presença (ou não) da luz natural para poder passar esta informação ao nosso controlador.
Na figura 3, ilustramos o esquema elétrico de um sensor de sombra que será utilizado como "solução" em nossa proposta. Ele emprega apenas componentes discretos em sua montagem. R, é um LDR, um resistor que varia sua resistência de acordo com a intensidade de luz que o mesmo recebe. Quanto maior a intensidade luminosa, menor sua resistência. Quanto menor, maior será sua resistência.
Quando a. resistência do LDR for baixa (luz do sol presente), o transistor Q1 não será polarizado (corte). Assim, o relé RL, permanece desligado. Porém quando a resistência do LDR aumentar, com o cair da tarde (pôr-do-sol), o transistor será polarizado por P, (saturação), ligando RL.
O trimpot P1 pode ter valores entre 10 kΩ e 100 kΩ. O mesmo deve ser ajustado para obter o melhor resultado para ligar e desligar o relé. O resistor R2 ajuda na polarização de base de Q1. O resistor R3 e o LED D1 formam o efeito visual indicando "relé ligado" quando D1 aceso ou "relé desligado" quando D, estiver apagado. O relé utilizado deve ter bobina de alimentação prevista para 12 VDC (tensão fornecida para periféricos externos pelo miniCLP) e resistência não superior a 400 Ω.
MONTAGEM
Na figura 4 o leitor tem o layout para a confecção do circuito impresso do sensor de luz. O mesmo também poderá ser montado em uma placa padrão, de acordo com a experiência de cada um.
Tenha cuidado ao soldar os componentes polarizados como o diodo D2, o LED D1 e o transistor Q1. Qualquer inversão e seu circuito não funcionará! O LDR é um resistor variável de acordo com a intensidade luminosa e, portanto, não possui polaridade.
Lembre-se apenas de não o soldar muito junto à placa. O LED pode ser soldado diretamente na placa, ou ainda com o uso de fios, prevendo que o leitor o instalará de maneira externa (em uma caixa, por exemplo).
Para a entrada de alimentação e saída do relé utilizamos conectores do tipo PTR500 (conectores parafusáveis). Estes conectores facilitam a instalação da fiação na placa e dão um acabamento mais profissional à montagem (essencial caso o leitor esteja pensando em demonstrar o equipamento para um professor, amigo ou vizinho). Caso o leitor não encontre estes conectores em sua cidade, poderá soldar os fios diretamente na placa, sem maiores problemas.
Após a montagem da placa, sugerimos uma revisão na mesma. Apesar da simplicidade da montagem é sempre bom garantir que cada etapa de um projeto foi revista e esteja ok.
Dica
Publicamos dois artigos que podem ajudar os leitores sem experiência na montagem com placas de circuito impresso. O primeiro deles, "Como usar placas padrão", publicado na edição n°10, demonstra como trabalhar com este tipo de placa. O segundo artigo "Placas de circuito Impresso" publicado na edição 12, traz informações importantes sobre como projetar e confeccionar placas de circuitos impressos. (face simples). Aconselhamos a todos que têm dúvidas sobre uso de placas a leitura destes dois artigos.
O PROGRAMA
Antes de ligar o equipamento, vamos discorrer um pouco sobre o programa. Sim, isso mesmo, programa! Lembra-se no início do artigo quando tratamos sobre "inteligência" no circuito. Essa inteligência é obtida através de um programa que deve ser inserido no miniCLP. Este fará todo o controle do processo, lendo a situação do sensor (luz do sol presente ou não) e ligará a lâmpada, desligando-a após o período pré-determinado.
Na figura 5 temos o fluxograma do programa. É extremamente aconselhável ao leitor fazer o download do programa em nosso site, www.mecatronicafacil.com.br (não existe mais este site) para acompanhar o que será dito a seguir sobre o mesmo. O programa foi comentado para facilitar a compreensão da lógica utilizada. O programa inicia as variáveis e configura as direções dos pinos de I/O do Basíc Step (microcontrolador usado no Mini-CLP). A partir deste ponto, o programa entra em um "loop" eterno analisando o estado das portas de entradas (a principal para nosso projeto é a porta 1). Quando o sensor de luz detectar o pôr-do-sol, ele ligará o relé e este ligará a entrada do miniCLP. Assim, o programa realiza um desvio para a sub-rotina "tratar e depois para "tempo".
Esta última sub-rotina aguarda 3 segundos e lê novamente o estado da porta, para ver se não foi uma indicação errática do sensor de luz (a passagem de uma nuvem escura, por exemplo). Após a nova análise, se o sensor acusar ao programa que a luz do sol não está mais presente, o mesmo entrará em um outro laço para contar um novo tempo equivalente a seis horas. Durante este período a saída do relé 1 será ligada, acendendo a lâmpada.
O leitor mais atento notou que, mesmo durante a contagem do tempo de seis horas, o programa analisa constantemente a porta onde o sensor está ligado. Isso é feito para o caso de uma indicação errática do sensor maior que três segundos, tal como um efeito natural não previsto, uma chuva muito forte com nuvens bastante escuras, um eclipse, etc!
Um outro detalhe importante sobre a contagem do tempo é que a mesma não é feita de forma direta. O Basic Step não possui recursos de relógio. Assim sendo, temos que usar a composição de laços para contar um grande "delay'. A maneira como isso foi feito está ilustrada nos comentários do programa.
Observação: Para modificar o tempo original altere o número de repetições dos laços. Por exemplo, para temporizar quatro horas, modifique o valor do laço mais externo para contar quatro vezes. O comando ficaria assim: "for hora = 1 to 4"
TESTE E USO
Para testar o circuito basta ligar a placa sensor ao MiniCLP, conforme demonstrado na figura 6. Instale o programa fornecido em nosso site no miniCLP. Note que retiramos a alimentação para o sensor do próprio miniCLP. Os pontos de terra interno e externo devem ser conectados quando adotamos este recurso (fio laranja interligando dois pontos no MiniCLP).
Leve o conjunto até próximo a uma janela bem iluminada pela luz do sol. Regule P1 para que o relé (saída 1) do miniCLP seja desativado. Agora, tampe a luz do Sol com uma das mãos e veja se o mesmo se ativa após um certo período. Se foi este o comportamento observado, o circuito já está pronto para instalação. Caso contrário, recorra a "Ajuda com problemas" inserida mais à frente neste artigo.
Domótica
Importante : Estaremos considerando que o leitor já trabalhou com o Basic Step em um outro projeto e conhece alguns conceitos envolvidos sobre o mesmo, principalmente no quesito compilação e gravação. Caso isto não se aplique a você sugerimos buscar ajuda junto aos manuais oferecidos pelo fabricante em www.tato.ind.br ou ainda nas páginas de nossa revista onde demonstramos o uso do Basic Step (série e outros projetos nos números anteriores).
INSTALAÇÃO
A instalação do circuito não é complexa, porém exige certos cuidados. O principal deles é que o sensor dê luz deve ser instalado na parte externa da casa ou prédio, para que receba a luz solar de forma direta. Aconselhamos ao leitor utilizar um gabinete plástico para esta operação, preferencialmente com uma tampa transparente para facilitar a entrada de luz. Alguns fabricantes oferecem vários gabinetes que poderão ser usados com este projeto.
Um outro detalhe importante é posicionar o sensor sempre voltado para o leste, onde o sol nasce. Assim no pôr-do-sol. garantiremos a maior ausência de luz possível no sensor. E lembrando que o sensor jamais deverá receber a luz artificial controlada pelo miniCLP. Se isto acontecer o leitor terá um efeito conhecido como realimentação e a luz acenderá e apagará, de maneira intermitente.
AJUDA COM PROBLEMAS MAIS COMUNS
A seguir listamos algumas dicas que podem ajudar o leitor a analisar sua montagem, caso detecte algum problema.
Meu sensor de luz parece não funcionar!
Possíveis soluções:
- Verifique se a alimentação está presente;
- Cheque se a mesma não foi invertida (polaridade);
- Observe se os componentes polarizados não foram invertidos;
- Teste o sensor na bancada, de forma independente (sem o miniCLP);
- Proceda a troca de componentes importantes como o LDR e Q1.
O sensor de luz está funcionando, mas a Lâmpada não acende!
Possíveis soluções:
- Verifique se o programa foi instalado corretamente no miniCLP;
- Confira a montagem do miniCLP (use o artigo onde publicamos a montagem para isso);
- Cheque se as ligações "batem" com o demonstrado.
Meu circuito parece funcionar ao contrário! Quando tem luz do sol ele acende a lâmpada, quando não tem ele apaga!
Possíveis soluções:
- Verifique se utilizou os contatos NA no sensor para ligá-lo ao mini-CLP;
- Cheque se usou os contatos NA no MiniCLP para ligá-lo a lâmpada.
Esta montagem tem baixo nível de complexidade. Qualquer problema poderá ser sanado se o leitor considerar a análise da montagem em etapas: placa sensor e MiniCLP.
CONCLUSÃO
Neste artigo iniciamos uma série sobre o assunto "Domótica". Muitas serão as ideias e informações a discutir. Gostaríamos muito que nossos leitores participassem enviando suas opiniões a respeito do tema. Uma boa montagem e até a próxima!
