Introdução

Para a prática proposta, buscando sempre auxílio no conhecimento de trabalhos anteriores e integrando um pouco com as necessidades e tecnologias atuais, devemos projetar um sistema de controle que consiste em um interruptor eletrônico, o qual deve ser capaz de ligar e desligar um LED apenas com o Bater as Palmas da Mãos ou um Estalar de Dedos.

Seu principio de funcionamento se baseia na utilização de um simples microfone, capaz de gerar um sinal muito intenso devido à alta freqüência e a intensidade do som propagado pelo Bater as Palmas ou Estalar os Dedos. Esse sinal deve ser interpretado por um circuito como um pulso de entrada que está ligado a um flip-flop, o qual será responsável por ligar ou desligar o interruptor do sistema.

O desenvolvimento do projeto segue abaixo.

Desenvolvimento

Para apresentar o projeto, iremos dividir sua apresentação em partes:

1. Captação do som e filtragem

Para captar o sinal sonoro, usaremos como entrada para o circuito um microfone de eletreto. Seu diagrama esquemático é mostrado abaixo:

O microfone capta a vibração do ar provocado pelo som, transformando essa vibração mecânica em impulsos elétricos, produzindo ondas de mesma freqüência do som que o gerou. Ele está ligado em série com o resistor de 10k ohm para limitar a corrente que passa pelo microfone. É necessário também observar a polaridade do microfone.

Em seguida, o sinal gerado passa por um filtro que elimina a componente contínua do sinal (devido à tensão dc de 5V) e atenua parte da freqüência da fala, já que somente é desejável que o circuito seja acionado por ruídos muito intensos. Dessa forma, um capacitor de 200 nF já é suficiente para filtrar a componente contínua.

2. Amplificação do sinal e pullup

O som produzido por palmas gera sinais elétricos de amplitudes muito baixas no microfone de eletreto. Esses sinais precisam ser amplificados e nesse projeto se decidiu por um ganho de 330.

_{Figura 02: Estágios de amplificação}
      

Observe que o nosso amplificador é inversor, desta forma o sinal entra no terminal inversor do amplificador. Logo, para uma resistência de 330k ohm na realimentação, teremos aproximadamente um ganho de 330.
Novamente, ao capturarmos o sinal no final do estagio de amplificação, teremos agora uma tensão de pico equivalente a cerca de 4 a 5 V.
Essa tensão de saída do comparador vai ativar um temporizador, que será explicado a seguir.

Para garantir um disparo sem interferencia no trigger do nosso temporizador, conectamos um filtro de 680 nF e uma resistência de pullup de 10k ohm.

_{Figura 03: Filtro}

    3. Temporização

       O circuito do temporizador foi montado com um LM 555 configurado como um monoestável, já utilizado em práticas anteriores. Seu funcionamento permite elevar a tensão em sua saída para o valor da alimentação e mantê-la assim por um determinado período sempre que um pulso surgir na sua entrada de disparo (trigger). Nesse caso, a tensão de alimentação será de 5V, já que a alimentação do circuito é de 5V. Na saída do 555 teremos um flip-flop que será responsável por gripar o circuito em níveis lógicos 1 e 0, possibilitando ligar ou desligar o LED.

       Na entrada do trigger do 555 foi conectada a saída do amplificador. Dessa forma, sempre que o microfone gerar um sinal elétrico capaz de disparar o 555, a saída permanecera por um período de tempo satisfatório ativada. Para que essa constante de tempo seja alcançada devemos calcular seus parâmetros de acordo com a fórmula apresentada abaixo:

 Desejamos um tempo de aproximadamente 8 ms e escolhemos arbitrariamente um capacitor de 680 nF, temos que R deve ser igual a 10,7k ohm. Considerando esse valor, usaremos o valor comercial mais próximo e mais comum, que é 10k ohm.  Logo, o novo valor para o tempo será de 7,48 ms.

_{Figura 04: Circuito temporizador com CI LM555}

Na saída do monoestável, conectamos mais um filtro de altas freqüência, o capacitor de 100 nF, e também implementamos um pulldown (resistor de 10k ohm ), buscando evitar que clocks indesejados apareçam no flip-flop.

_{Figura 05: Filtro}

4. Acionamento

Para alternar o estado do LED que será acionado pelas palmas usaremos um flip-flop tipo D, encapsulado no CI 4013. Esse flip-flop, com clock sensível a borda de subida, muda seu estado de saída para o mesmo estado que estiver na entrada D quando um pulso de clock for emitido ao circuito. Nesse projeto, o pulso de clock será a saída do temporizador 555. Para garantir que o circuito irá alternar seus estados a cada pulso de clock, ligaremos o flip-flop como flip-flop tipo T (toogle), onde conectamos a saída Q’ diretamente a entrada D. Assim, sempre que a saída Q estiver em 0, a saída Q’ vai estar em 1. Quando um pulso de clock chegar até o circuito, a saída Q muda para 1, a Q’ para 0 e quando um novo pulso chegar ao clock, a saída Q voltará para 0.
O LED será conectado à saída Q desse flip-flop por meio de uma resistência de 470 ohm. A importância dessa resistência é a limitação da corrente que passa pelo LED. É importante ressaltar que o LED será ligado ao flip-flop, ou seja, a corrente por ele drenada será fornecida por esse dispositivo. Nesse caso não tem muito problema porque a corrente é baixa. Mas para a ligação de outros componentes que drenem uma corrente alta se faz necessário um circuito de acionamento um pouco mais completo, com transistor e até relé, para aplicações que envolvem sistemas de potência.

_{Figura 06: Circuito de Acionamento}

Conclusão

_{Figura 07: Circuito de completo}

O trabalho proposto integrou o conhecimento adquirido ao longo do semestre e no decorrer do curso de Engenharia Elétrica, como a eletrônica analógica com a digital, representada pelo flip-flop.
        O circuito não apresentou muitos problemas no processo de desenvolvimento uma vez que ele foi montado seguindo as etapas explicadas no relatório. Um forte exemplo para esse fato é o tempo estimado para o monoestável foi de 7,48 ms e o obtido na prática de 7,7 ms. Valores esses muito satisfatórios para o que foi projetado.
        Esse projeto pode ser considerado um protótipo para uma aplicação mais útil. Uma delas, simples e que pode ser muito usada no dia-a-dia, é o acionamento da iluminação de um determinado ambiente por palmas ou um estalar de dedos. Algumas modificações se fazem necessárias, como a remodelagem da parte de acionamento com a inserção de um transistor ou um relé de potência, mas o corpo do projeto é o mesmo.

Correção

  Por Retes em 22/12/2008 03:59

Pessoal,
Uma pequena correção no circuito.
Por favor, utilizem o CD4013 ao invés do 7474 citado no texto (texto já modificado). Usem o desenho esquemático. O 7474 tem uma pinagem e níveis de sinal diferentes do 4013 e não são compatíveis, necessitando alterções no circuito para o funcionamento.

Outras considerações:

• VDD = 5V
• Vss = -5V a -15V
• terra = 0V
• Os valores de capacitores não são críticos.

Thales Alexandre Carvalho Maia
Pedro Felipe Leite Retes

_{Universidade Federal de Minas Gerais - Escola de Engenharia
Departamento de Engenharia Eletrônica
Curso de Graduação em Engenharia Elétrica
Laboratório de Eletrônica II
Trabalho Prático II
Professor: José Luiz Silvino
Alunos:
Thales Alexandre Carvalho Maia
Pedro Felipe Leite Retes}