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CB12 - Como fazer um modelo de semáforo com LEDs sem Arduino

Angelo Luis Ferreira | 24/02/2023 Acessos: 2.998

Objetivo

Criar um modelo de semáforo com LEDs com 2 CI's 555 interligados, atuando como osciladores. Para isso, vamos montar dois circuitos no modo astável, sendo que o segundo circuito somente é alimentado quando a saída do primeiro circuito estiver ON (nível alto). Este circuito liga o LED verde, mantendo-o ligado por algum tempo, depois liga o LED amarelo por um tempo com menor duração e finalmente liga o LED vermelho por quase a mesma duração que o LED verde, completando assim o ciclo, o qual que se repetirá de forma continuada até que desligue a fonte de energia.

Observações:

a) Este circuito funciona com a utilização de dois CI 555 atuando como osciladores de baixa frequência. Veja o artigo: CB01 - Led pisca com CI 555 (Multivibrador astável - oscilador de baixa frequência).

b) O projeto utiliza 2 circuitos no modo astável, onde o segundo circuito somente é acionado quando a saída do primeiro circuito estiver ativada em Vcc.

Definições

Circuito Integrado 555: o CI 555 é temporizador, oscilador e gerador de pulso, que pode ser usado em qualquer projeto que necessite dessas características. Portanto, o CI 555 é basicamente um oscilador/temporizador com três modos básicos de operação:

Modo astável (oscilador): neste modo o CI alterna sua saída entre alto e baixo em uma determinada frequência - leia CB01 - Led pisca com CI 555 (Multivibrador astável - oscilador de baixa frequência);

Modo biestável (flip-flop): Atua como um flip-flop, ao receber um sinal de disparo sua saída vai para alto nível até receber um sinal de reset - leia CB04 - Push button liga / desliga com CI 555 (multivibrador biestável com 1 botão).

Modo monoestável (timer): neste modo, após receber um disparo (um pulso de sinal) o CI mantém sua saída em alto nível por um determinado tempo e depois volta para baixo nível até que receba um novo disparo - leia CB05 - Timer com CI 555 (Multivibrador monestável)

Modo Astável: quando o CI 555 opera como um oscilador. Modo aplicável à projetos de pisca-pisca de Leds, geradores de pulso, PWM, geradores de tom, alarmes de segurança, etc. Para saber mais leia:  CI 555- Modo Astável (Oscilador)

Referências

CB01 - Led pisca com CI 555 (Multivibrador astável - oscilador de baixa frequência).

Aplicação

Para fins didáticos, projetos eletrônicos para sinalização com luz e em maquetes.

Componentes necessários

Referência	Componente	Quantidade	Imagem	Observação
Protoboard	Protoboard 830 pontos	1		No mínimo utilizar protoboard com 830 pontos
Jumpers	Kit cabos ligação macho / macho	1
Led Difuso 5mm	LEDs 5mm	3		1 LED vermelho, 1 LED amarelo e 1 LED verde hhhhhhhhhhhhhhhhhhhh Você poderá utilizar LEDs difusos ou de alto brilho, de 3 ou 5mm.ar.
Resistor	Resistor	5		1 Resistor de 100KΩ (CI55) 1 Resistor de 47KΩ (CI55) 3 Resistores de 330Ω (leds) Os valores para os resistores são para um circuito com uma fonte de 9V. Entretanto, para fontes maiores que 9V, utilizar para o led um resistor de 470Ω ou maior.
Capacitor eletrolítico	Capacitor eletrolítico	2		2 Capacitor eletrolítico de 100μF (12V ou maior) Utilizando capacitores menores, os leds piscarão em uma frequência maior. Utilizando capacitores maiores, os leds piscarão em uma frequência menor.
Fonte ajustável para protoboard ou Bateria 9V	Fonte ajustável ou Bateria 9V	1		Se você não tiver uma fonte ajustável, utilize pilhas ou bateria como fonte de energia (este projeto pode ser utilizado para tensões entre 5V a 12V)

Esquema elétrico

publicado no site elonics.org

Montagem do Circuito

Obs.1: Neste projeto você poderá utilizar uma fonte de 5V a 12V, desde que utilize resistores para os leds adequados para cada tensão. O capacitor também deverá ser substituído para tensões acima de 10V.

Obs2.: Para os Leds utilize: 150Ω para fonte de 5V | 270Ω para fonte de 9V | 470Ω para fonte de 12V - Veja a tabela: Tabela de resistores para LEDs de acordo com a fonte de alimentação.

Atenção:

1. Lembre-se que o LED tem polaridade: O terminal maior tem polaridade positiva e o lado do chanfro tem polaridade negativa.

1.1. Portanto, faça a conexão do Arduino no terminal positivo do led (anodo) e o GND no terminal negativo (catodo).

1.2. Para evitar danos ao led é necessário a inclusão de um resistor no circuito. Como o resistor é um limitador da corrente elétrica, ele poderá estar conectado ao anodo (terminal maior) ou ao catodo (terminal menor) do led, tanto faz.

1.3. Observe que para os leds vermelho e verde piscarem alternadamente, a montagem dos mesmos deverá ter polaridades invertidas. O led amarelo deverá estar montado da mesma forma que o led vermelho.

2. Da mesma forma que um led o capacitor eletrolítico também tem polaridade: O terminal maior tem polaridade positiva e o lado identificado com faixa tem polaridade negativa.

2.1. No projeto, o terminal menor do capacitor (negativo) deverá estar conectado ao GND.

3. Para montar o circuito integrado 555 é importante observar a(s) marcas(s) de referência para a identificação dos pinos de contato. Os pinos deverão ser identificados conforme mostra a imagem abaixo:

Observação: A montagem invertida do CI 555 pode causar danos irreversíveis ao componente.

4. Segue Abaixo o mapa dos pinos do componente eletrônico NE555. Para saber mais sobre CI 555 assista o vídeo: O versátil CI 555 - Teoria e aplicações!

4.1. Os pinos do CI 555 possuem as seguintes funções:

5. Neste projeto você poderá utilizar fontes de energia de 5V a 12V, como pilhas, baterias ou fontes ajustáveis para protoboard. Para instalar e utilizar uma fonte ajustável, assista o vídeo: Fonte Ajustável para Protoboard - Arduino

Atenção: Não esqueça de alterar o resistor que vai conectado ao led: 150Ω para fonte de 5V | 330Ω para fonte de 9V | 470Ω para fonte de 12V (utilize capacitores com mais de 12V)

5.1. A montagem abaixo foi realizada em um protoboard com 830 pontos.

Simulação Tinkercad

Como o circuito astável trabalha

Como vimos em outros projetos com o CI555 no modo astável, aprendemos 3 conceitos fundamentais para entender o nosso projeto:

1. Se o pino de disparo (Pino2 do CI 555) detectar qualquer tensão inferior a 1/3 da tensão de alimentação, ele liga a saída (Pino3 do CI555).

2. Se o pino Threshold (Pino6 do CI555) detectar qualquer tensão maior que 2/3 da tensão de alimentação, ele desliga a saída (Pino3 do CI55).

3. Sempre que o pino de saída (Pino 3 do CI555) no estado OFF (nível baixo), o Pino de Descarga (Pino7 do CI555) atua como terra (GND), ou seja, se conecta internamente a 0V e descarrega o capacitor conectado a este terminal pelo Pino2.

Funcionamento do projeto "semáforo com leds":

1. Como vimos anteriormente, o projeto é formado por 2 circuitos 555 astáveis, interligados pela saída do primeiro circuito (pino 3) com o pino de alimentação (pino 8) do segundo circuito:

1.2. O LED verde, por estar conectado no GND,  acende sempre que a saída (pino 3) do segundo circuito estiver ON, ou seja, quando a saída do primeiro circuito também estiver ON.

1.3. O LED amarelo acende durante o modo de descarga do segundo circuito.

1.4. O LED vermelho é conectado à tensão positiva, ou seja, com a polaridade invertida em relação ao LED verde. Desta foram, ele acenderá somente quando a saída (pino 3) do primeiro circuito estiver OFF (0 Vcc).

2. Imediatamente após ligarmos o nosso projeto (fonte de 5 a 12V), a saída do primeiro circuito 555 estará no estado ON porque a tensão no pino 3 (pino de disparo) é inferior a 1/3 da tensão de alimentação. O LED vermelho ainda não pode acender, mas o segundo circuito 555 também está ON e, portanto, a luz verde acende.

3. O capacitor do segundo circuito 555 carrega lentamente e assim que atinge 2/3 da tensão de alimentação (Tensão Limiar), a saída (pino 3) do segundo circuito desliga e o LED amarelo acende porque o pino de descarga (pino 7) está ativado.

4. Normalmente, o LED amarelo acenderia ao mesmo tempo que o LED verde. Mas mesmo antes do capacitor do segundo circuito 555 atingir 1/3 da tensão de alimentação, a tensão no capacitor do primeiro circuito 555 atinge 2/3 da tensão de alimentação e, portanto, a saída do 1º circuito 555 desliga, resultando em LED amarelo desligando e o LED vermelho acendendo.

5. Este ciclo se repetirá continuadamente enquanto tiver uma fonte de energia ativada.

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