FOTOCÉLULA PROGRAMÁVEL
1,3
1,2
Ederson Ferronatto , Ivan J. Chueiri
Caixa Postal 19067 - 81531-990 – Curitiba, PR
[email protected]
(1) LACTEC – Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento
(2) PUCPR – Pontifícia Universidade Católica do Paraná
(3) UTP – Universidade Tuiuti do Paraná
Abstract
The main purpose of this paper is to present a programmable photocell, with times for
commercial and domestic applications, reducing the energy consumption. This circuit is
implemented with timers that, after programmed for the user, execute the functions until your
full switch-off.
Resumo
A finalidade deste artigo é apresentar uma fotocélula programável, com temporizações para
aplicações comerciais e domésticas, reduzindo drasticamente seu consumo de energia e
cuidados. Este circuito está implementado com temporizadores que, após programado pelo
usuário, temporizam suas funções até a sua plena desativação.
1. INTRODUÇÃO
Fotocélulas em geral são sinônimo de equipamentos para iluminação pública, com
finalidade de ligar e desligar uma luminária. Operam em 220V, não permitindo sua utilização em
aplicações comerciais, ou mesmo domésticas. Atuam com a variação do nível de iluminamento,
segundo norma ABNT*, que é de 3 lumens para acionamento ao entardecer e 18 lumens para
desligamento ao amanhecer.
Neste artigo apresentamos uma fotocélula com tempo de funcionamento programável,
podendo ser ajustado para cinco, seis ou sete horas, e posteriormente ser acionada por sensores
distribuídos em pontos estratégicos, tais como portas de entrada, portões ou mesmo janelas. O
tempo de funcionamento desta função pode ser ajustado também para quinze, vinte ou vinte e cinco
minutos. Seu funcionamento, segue as normas ABNT para nível de iluminação.
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2. PROPOSTA DE SOLUÇÃO
Sensores
Bloco
A
Bloco
B
Bloco
E
Bloco
C
Entrada
Foto
Célula
Saída
Bloco
D
Figura 1 – Diagrama de Bloco da fotocélula programável (Bloco A – São os contadores ou registradores de tempo, Bloco B –
Bloco onde guardará as horas decorridas, Bloco C – Bloco que registrará um acionamento dos sensores externos, Bloco D –
Bloco onde guardará os minutos decorridos, Bloco E – Bloco acionador
O circuito da fotocélula foi implementado a partir de uma EPLD, como mostra o diagrama
em blocos na figura 1. O acionamento da fotocélula é feito pelo sensor em estado sólido, e sua
sensibilidade ajustada através de R1. A base de tempo é obtida através da freqüência da rede, que
aciona os contadores, tanto de horas, como de minutos.
O principio de operação do sistema Fotocelula esta resumidamente representado num
diagrama de blocos na figura 1. O primeiro passo de funcionamento é o foto diodo perceber que está
escuro, sendo assim, eleva a saída para nível alto acionando o relê. Esta saída permanecerá alta
durante o tempo que foi programado, ou seja, 5, 6 ou 7 horas. Após o termino deste período, a saída
passará a ter nível baixo novamente desatracando o relê. Continuando escuro e o relê desatracado,
neste período é habilitado os sensores, que ficarão monitorando qualquer acionamento. Se algum
destes sensores forem acionados a saída volta a ter nível lógico alto com um tempo de programação
de 5, 10 ou 15 minutos até o seu desligamento.
Quando o foto diodo percebe que está claro, mesmo não tendo terminado o seu ciclo de
programação, aciona um contador onde contará um minuto até o total desligamento das operações.
Durante este período voltar a escurecer e as operações continuarão a ser executadas normalmente.
Esto foi desenvolvido para assegurar que o processo não será interrompido por qualquer foco de luz,
menor que um minuto, sobre o foto diodo.
Enquanto o foto diodo ficar recebendo luminosidade, travará todo o sistema para que não
haja nem um processo que faça acionar o relê.
A seguir será mostrado detalhadamente o tratamento dos dados em cada bloco passo a
passo.
2.1 Bloco A (Contadores ou registradores de tempo)
Este bloco é de estrema importância para o circuito, trata da freqüência de oscilação da
rede de energia (60Hz) a qual o circuito toma base para seu funcionamento. Como este circuito
funciona com uma freqüência de 60Hz, foi preciso dividir esta freqüência por 60 para obtermos um
pulso de 1 segundo. Para isso utilizamos um contador de 6 bits onde dividirá a freqüência para 1 Hz.
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Pulso do de 1 segundo do
tamanho de um período de
clock
Intervalo de 1
segundo
Figura 2 – CLK(clock da rede de 60 Hz), CLN(entrada para limpar o contador), ENBLE(habilita o contador a contagem),
PULSE1S(saída do contador após atingir uma contagem de 60 ciclos do CLK)
Após percorrer o intervalo de 1 segundo, dado pelo primeiro contador, o pulso agora 60
vezes menor entra em outro contador que dividirá novamente a contagem em 60 para agora obter um
ciclo de pulso de 1 minuto, mostrado na figura acima.
Para se obter 1 hora, o processo de operação é o mesmo aplicado no primeiro e no
segundo caso onde será dividido a saída dos minutos em 60.
2.2 Bloco B (Temporizador programável 4, 5, 6 horas)
Temporizadores
Este temporizador está relacionado com os pulsos de saída do Bloco A, é ele o responsável
pela temporização. Este temporizador pode ser programável em intervalos de tempo entres 4, 5 e 7
horas. Após a contagem das horas suceder o tempo programado desativa sua saída. Ele será
resetado após a foto celula detectar presença de luz. Para não ocorrer uma falha de resetamento
indesejado, após detectar presença de luz, acionará um contador que contará até 1 minuto e após
isso ocorrerá o seu desligamento.
Pulso de saída
gerado a cada 6
horas
Figura 3 – Exemplo do pulos de saída do temporizador do Bloco B
2.3 Bloco C (Entrada dos Sensores)
Este bloco controla os 8 sensores correspondente ao circuito. É ele quem coordena qual
dos sensores foi acionado e o que deve ser feito com a informação. Se a foto célula ainda detecta luz,
este bloco evita que os sensores sejam acionados. Da mesma forma se a foto célula detectar não
detectar a presença de luminosidade, ele só trabalhará com os sensores se o tempo decorrido no
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Sensores
Bloco B tiver zerado, ou seja, entre o período de falta de luminosidade e o tempo de horas
programadas o acionamento dos sensores serão descartados pelo Bloco C.
Pulso de
ativação do
sensor IN1
saídas
Pulso de reset
do contador do
Bloco D
Saída em alta até atingir o tempo
programado. Serve também para
ativar a contagem no contador do
Bloco D
Figura 4 – Exemplo da saída após o acionamento do sensor IN1
2.4 Bloco D (Temporizador programável 5, 10 e 15 minutos)
Temporizadores
Este temporizador está relacionado com os sensores, é ele o responsável pela
temporização do acionamento dos sensores. Este temporizador pode ser programável em intervalos
de tempo entres 5, 10 e 15 minutos. Após a contagem dos minutos suceder o tempo programado, ele
também tem a função de desativar a saída out do Bloco C para que não continue a contagem sem
que haja necessidade.
Entrada em Alta
para definir a
temporização, no
caso 5 minutos
Pulso de saída
gerado a cada 5
minutos
Figura 5 – Exemplo do pulos de saída do temporizador do Bloco B
Assim, pode-se controlar qualquer coisa para que opere durante um certo período
programado e que volte a ser desligado automaticamente.
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2.5 Bloco E (Bloco Acionador)
Saída
Relê
Entrada
Horas
Entrada
Horas
Este bloco se faz prioridade por ser o gerenciador da saída do circuito, controlando os
pulsos recebidos e acionando o relê. Para isso ele necessita de um registrador para registrar o pulso
que lhe foi enviado e só ser resetado no final da programação quando este novamente é solicitado.
Funciona tanto para as programações de minutos ou mesmo as de horas.
A figura abaixo simula um pulso vindo do acionamento da foto celula entrando em IN e
tendo uma saída com nível lógico alto em out1.
Figura 6 – Acionamento da saída pelo Bloco B (horas)
Saída
Relê
Entrada
Horas
Entrada
Horas
A Figura abaixo simula um pulso da detecção do acionamento dos sensores na entrada set
levando a saída out1 a nível lógico alto.
Figura 7 – Acionamento da saída pelo Bloco D (minuto)
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3. RESULTADOS OBTIDOS
A Figura 8 mostra o circuito da foto célula desenvolvido com a respectiva EPLD. O circuito
funcionou como esperado, baixo consumo, cerca de 90mA, economizando drasticamente o consumo
geral das lâmpadas, antes ficando a noite inteira ligadas.
Figura 8 – vista geral da fotocélula programável
4. CONCLUSÕES
O produto obtido mostrou-se ser eficiente, principalmente na utilização de consumo em
energia elétrica. Neste caso a Foto célula permite uma permanente vigilância em baixo consumo.
Para se utilizar desta vantagem, a Foto Célula funciona por um período de horas programadas e
depois só monitora seus sensores para um futuro acionamento. Neste caso a Foto Célula
Programável deixa uma melhor comodidade e segurança.
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Bibliografia
[1] – MITEL SEMICONDUCTOR, Data Book;
[2] – ALTERA, Data Book;
[3] – ALTERA, Max+Plus II, Getting Started;
[4] – National Semiconductor, Aplication Note 146, june 1975.
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