Luxímetro

Esta montagem poderá prestar serviços a todos aqueles que, de um momento para o outro, se interessam pela intensidade luminosa ambiente, quer seja para fazer fotografias, para filmar uma cena de família ou ainda para assegurar que a luminosidade de um escritório ou de uma sala, num curso, não seja demasiado elevada ou demasiado fraca, o que, tanto num caso como no outro não é isento de perigos para a vista.

 

Diagrama de blocos

Figura 1 - Diagrama de blocos.

 

A medida da intensidade luminosa recorre a um sensor, normalmente utilizado para aplicações semelhantes, que é uma LDR (Light Dependant Resistor).

Este componente é inserido num oscilador cuja frequência varia em função da intensidade luminosa recebida, como se mostra no diagrama de blocos da figura 1.

Um contador ultra simples, com dois dígitos, assegura a medida desta frequência, que é ajustada para se obter uma escala de 0 (escuro absoluto) a 99 (pleno sol ao meio dia no Verão). Algumas portas lógicas asseguram a gestão da contagem.

 

Esquema

Figura 2 - Esquema do luxímetro.

 

A medida da intensidade luminosa ocorre em apenas algumas fracções de segundo, pelo que se equipou a montagem com um dispositivo de auto-extinção (auto shut off).

Este dispositivo corta a alimentação Vcc após alguns segundos de visualização, o que garante uma longevidade excepcional à pilha.

 

Auto Shut Off

Este dispositivo utiliza os transístores T1, T2, no monostável que associa U16 a R4 -C2, assim como a porta OR aos díodos D1, D2 e R1 -R2.

Para compreender o seu funcionamento, vamos supor que no instante t=0 se prime o botão K. Esta acção impõe (durante um tempo igual àquele em que se prime K) uma tensão na base de T2, que o satura.

O transístor T1 (PNP) satura-se porque a sua base é levada a um potencial mais negativo do que o seu emissor. Dispõe-se então no colector de T1, de uma tensão quase igual à fornecida pela pilha.

É nesta fase que intervém o monostável U16-R4-C2 que evita ter de manter premido o botão durante o tempo em que se efectua a medida, por muito curto que ele seja.

Antes de se actuar no botão K, C2 estava descarregado, o que corresponde a uma tensão nula aos seus terminais. A presença de R4 impõe uma subida muito lenta da tensão aos terminais de C2 e como U16 está cablado como inversor, a tensão de saída dele é, portanto, alta, o que assegura a saturação de T2 (e de T1) mesmo se o operador soltar o botão K. Os vitalizadores de 7 segmentos Indicam a luminosidade sob a forma de uma unidade designada por lux

Este estado persiste enquanto a tensão aos terminais de C2 não atinge a tensão de basculamento da porta U16, que se situa em cerca de Vcc/2.

Quando se produz este basculamento, e desde que o operador tenha libertado o botão K, sem a base de T2 alimentada, T2 e T1 bloqueiam-se, e a montagem fica sem tensão.

Estas breves explicações mostram que, se se pretender aumentar a duração da visualização bastará aumentar os valores de C2 ou de R4.

 

Oscilador

O oscilador é de concepção clássica porque utiliza duas portas NAND U2, A e D. A fotoresistência (LDR) R6 está em série com o ajustável R7 de modo a poder regular a gama de frequências, cuja extensão depende também do condensador C3.

Determina-se o valor óptimo quando do ajuste. A porta U2C serve de tampão mas não é indispensável ao funcionamento.

É na saída desta porta que se recupera o sinal de relógio H cuja frequência é a imagem da intensidade luminosa recebida pela LDR.

 

Contador

Este está reduzido à sua expressão mais simples, graças à colocação, em cascata, de dois contadores CMOS do tipo 4033, que integram descodificadores de sete segmentos.

Esta solução permite realizar um conjunto muito compacto que só necessita das resistências de limitação para os segmentos dos visualizadores.

Estes contadores possuem uma entrada de inibição (RBI), que evita a visualização dos zeros inúteis quando a do dígito de maior peso é levada a «0»; a entrada de RBI dos visualizadores seguintes deve ser ligada à saída RBO dos anteriores.

O sinal de reposição a zero (activo no nível alto), necessário antes de qualquer contagem, é aplicado ao terminal 15. A contagem só pode ocorrer se a entrada de validação (terminal 2) estiver no nível baixo.

Estes sinais são fornecidos pelos dois monostáveis que associam U1 a, d e c, que constituem o andar de gestão do frequencímetro.

Ao aplicar a tensão, com C4 descarregado, o sinal de RESET tem o nível alto (portanto activo) durante cerca de 0,7xR8xC4. No final deste tempo, o sinal RESET torna a «0» provocando o basculamento do sinal VAL do nível alto para o nível baixo.

Durante esta fase U3 e U4 contam o número de impulsos do sinal H. O sinal VAL só permanece no nível baixo durante 0,15 (duração ajustável R9), se a frequência do sinal H for F0, e o contador regista F0/10 impulsos.

Os elementos C3 e R6+R7 do andar oscilador devem permitir obter uma frequência próxima de 990 Hz, a pleno Sol, e um pouco menos de 10 Hz na obscuridade total.

Esta escolha corresponde, respectivamente, a uma visualização de 99 e de 0. A regulação da frequência máxima é assegurada por R7 e a frequência mínima, pela escolha de C3.

Figura 3 - Forma dos sinais que se podem observar em diferentes pontos da montagem.

 

Realização prática

Todos os elementos da montagem são aplicados na placa de circuito impresso representado na figura 4. O botão K também é fixado no circuito impresso, assegurando a ligação à caixa.

Começa-se por montar os shunts, os componentes passivos (resistências, condensadores), e termina-se pelos componentes mais frágeis tais como os díodos, os transístores e os circuitos integrados.

Como de costume, deverá ser respeitada a orientação dos componentes polarizados, de acordo com as indicações da implantação dos componentes representada na figura 5.

 

Figura 4 - Traçado do circuito impresso.

 

Figura 5 - Implantação dos componentes na placa de circuito impresso.

 

A furação da caixa deverá ser efectuada após assinalar a posição exacta do botão de pressão. É a única furação que convém realizar de acordo com a escolha do tipo de caixa no qual a pilha do tipo 6F22 vai ser inserida.

 

Ensaios e ajustes

Após as verificações habituais relativas às soldaduras, à continuidade das pistas e ao respeito pelas polaridades, resta apenas calibrar o aparelho.

Para esta operação é necessário dispor de um frequencímetro, destinado à medida de frequência do sinal H. Cada medida necessitará, naturalmente, que se carregue no botão DEP, que assegura a alimentação e também a inicialização do contador.

Pode-se imaginar curtocircuitar o espaço colector-emissor de T1 para evitar as pressões sucessivas em K porque, sem esta acção, não existe a inicialização indispensável a qualquer medida.

A primeira fase refere-se ao ajustável R7 que se deve posicionar para que, em plena luz, a frequência do sinal H seja de cerca de 990 Hz.

Durante esta fase, só interessam as indicações do frequencímetro e não as do visualizador da montagem.

A seguir deve verificar-se que, quando a montagem é mergulhada na obscuridade total, a frequência é inferior a 10 Hz. Não sendo assim, será necessário aumentar C3 (que se pode experimentar passar para 470 nF) e retomar a regulação de R7, a plena luz.

Quando estas regulações são satisfatórias, basta ajustar R9 para que a plena luz a visualização do módulo propriamente dito seja de 99.

Resta apenas inserir o módulo e a respectiva pilha na caixa, e adquirir familiaridade com as suas indicações provenientes de medidas correspondentes a diferentes situações. Poderá, deste modo, ser elaborada uma tabela com as luminosidades características das situações que se repetem.

 

 

Lista de material

Resistências 1/4W ±5%

Condensadores

Semicondutores

Diversos

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