Controle Remoto IR by Arne

Que tal construir um circuito que permitirá o controle, através de raios infravermelhos, de até quatro canais independentes (liga/desliga), sem a necessidade de usar microcontroladores ou mesmo regulagens complexas, geralmente presentes neste tipo de montagem?! Neste artigo demostrarei como é possível usando apenas circuitos integrados discretos e alguns outros componentes, montar um interessante e funcional Controle Remoto IR.

Minha proposta é mostrar a você que é possível construir um Controle Remoto IR (Raios Infravermelhos) sem o uso de microcontroladores, utilizando apenas CIs discretos e sem a necessidade de “sintonias” e outras regulagens, que geralmente “espantam” aqueles menos experientes e/ou desprovidos dos caros equipamentos necessários para tais regulagens.

O circuito a ser apresentado permite o controle independente de até quatro “cargas” (liga/desliga) com “trava”, ou seja, sem a necessidade de ficar pressionando o botão para que o comando seja mantido, pois o mesmo é “gravado em memória" (um simples flip-flop).

Este controle remoto poderá ser utilizado para os mais variados fins, tais como:

Como dito, o circuito não utiliza microcontroladores. Tudo é feito por CIs discretos facilmente encontrados no mercado.

O projeto está dividido em duas partes: transmissor e receptor. Assim, teremos dois circuitos e duas analises sobre o funcionamento. Começarei por detalhar o circuito transmissor e em seguida o receptor.

Na figura acima você tem o circuito eletrônico do transmissor do Controle Remoto IR desenvolvido com CIs discretos.

CI1 (HT12E Holtek) é um “encoder” com a possibilidade de trabalhar com até 2¹² combinações. Para saber mais sobre esse CI recomendo a leitura do datasseht do mesmo que pode ser encontrado facilmente na Internet.

Este CI lê suas linhas de endereços (A0 a A7) e dados (AD8 a AD11), e monta uma “fila de bits" que corresponde às linhas lidas. São transmitidas quatro palavras cada vez que o pino /TE é levado ao nível lógico zero.

As linhas de endereço A0, A2, A4 e A6 foram ligadas ao VCC (5VDC) e as linhas A1, A3, A5 e A7 foram ligadas ao GND. Desta forma montamos um byte como o demonstrado na tabela abaixo.

As linhas AD8 a AD11 foram utilizadas para a composição do “dado” a ser enviado. Internamente estas linhas estão ligadas a resistores de “pull-up” e assim mantidas em nível lógico “1”. Externamente foram ligados chaves entre tais pinos e o GND (com diodos de proteção D1 a D4). Se, por exemplo, a chave S1 (ligada ao pino AD8) for pressionada, a palavra a ser enviada deverá ser como a apresentada na tabela abaixo.

Desta forma, quando pressionada uma das chaves (S1 a S4), CI1 enviará um conjunto de bits ao elemento receptor (a ser tratado mais adiante) sempre diferente.

Uma grande vantagem deste CI (HT12E) é a presença de um bloco oscilador interno, que requer apenas um resistor externo para selecionar a freqüência de operação do mesmo. Estas freqüências estão relacionadas com a tensão de alimentação para o CI (veja o datasheet). A freqüência selecionada no circuito proposto ficou próxima a 3,2 kHz.

O transistor Q1 (2N2218) é responsável pelo “chaveamento” do sinal transmitido por CI1. D5 e D6 são foto-emissores IR, com o resistor R3 atuando como limitador de corrente para os mesmos. Quando Q1 é levado a saturação por CI1, D5 e D6 conduzem emitindo raios IR e quando Q1 vai ao corte, D5 e D6 não conduzem e nada emitem. Temos assim a conversão da fila de bits demonstrada anteriormente em um sinal IR, com o mesmo formato.

O capacitor C1 atua como filtro para o circuito. A alimentação deve ser retirada de uma bateria de 9VDC (quadradinha). O consumo do circuito não é alto e o mesmo apresentou excelente rendimento com baterias alcalinas.

Apesar disso, inseri uma chave “liga/desliga” (S5) para permitir desligar o transmissor quando este não for utilizado por longos períodos.

Na figura acima temos o circuito elétrico do receptor do Controle Remoto IR. Podemos dividi-lo em cinco blocos básicos: recepção do sinal IR (bloco composto por Q1, Q2, R1, R3 e P1), decodificação (CI1), interpretação dos dados (CI2), memória (CI3 e CI4) e finalmente o bloco de potência formado pelos transistores Q3 a Q6, seus resistores de base, alem dos relés RL1 a RL4 e demais componentes facilmente reconhecidos como pertencentes a este bloco (resistores, diodos e LEDs de sinalização).

O sinal IR, enviado pelo transmissor, é recebido por um foto-transistor TIL78 (Q2). Este foto-transistor está ligado à base de Q1, que é colocado no corte ou saturação dependendo do nível do sinal recebido (bit). P1 permite regular a “sensibilidade” para a transição entre o corte e saturação de Q1. Os resistores R1 e R3 auxiliam na “polarização” de Q1. No coletor de Q1 está ligado o próximo bloco (decodificador).

CI1 (HT12D Holtek) é um “decoder” para até 2¹² combinações. Ele forma o “par casado” perfeito para o CI HT12E anteriormente apresentado no circuito do transmissor.

Aqui mais uma vez eu recomendo àquele interessado em saber mais sobre o funcionamento deste CI a leitura do datasheet do mesmo que pode ser facilmente encontrado na Internet.

Este CI recebe um “trem” (seqüência) de pulsos e os decodifica. Esta seqüência de bits é então checada. Quando digo “checada” isso quer dizer que o CI compara a seqüência de bits recebido com a palavra previamente configurada em A0 a A7 (você deve ter percebido que os pinos A0 a A7 foram configurados exatamente como no circuito transmissor). O restante dos bits D8 a D11 serão alterados de acordo com o restante da seqüência recebida, desde que a primeira parte (A0 a A7) seja validada.

O LED D12 está ligado ao pino VT que é acionado pelo CI (nível lógico “0”) sempre que uma verificação da seqüência recebida for realizada. Esta sinalização permitirá identificar qualquer problema na recepção e decodificação do sinal emitido pelo transmissor.

O resistor R3 determina a freqüência de oscilação para o CI HT12D. Por determinação do fabricante, esta freqüência deve ser pelo menos 50 vezes maior que a freqüência utilizada no transmissor (encoder). Fica fácil então determinar a freqüência de operação selecionada para CI1 (algo em torno de 160 KHz = 50 x 3,2 kHz).

As “saídas” do bloco decodificador (D8 a D11) foram ligadas a um duplo “multiplex” 74LS139 (CI2). A função básica deste bloco é enviar um pulso de “clock” para a etapa seguinte (bloco de memória).

Analisando esta parte do circuito, você constatará que as saídas D8 e D9 de CI1 foram ligadas às entradas de controle “A” e “B”, respectivamente, da primeira parte do CI2 (74LS139).

Quando a entrada “A” receber nível lógico “0” e a entrada “B” nível lógico “1”, a saída Y2 será ativada (nível lógico “0”). Assim, que ambas as entradas (A e B) voltarem ao estado lógico “1”, a saída Y2 será desativada (estado lógico “1”). Neste instante temos a geração de um pulso de clock (borda de subida) para o primeiro flip-flop (CI3A).

A mesma analogia pode ser aplicada invertendo os níveis lógicos inseridos na entrada “A” e “B”. Se agora a entrada “B” receber o nível lógico “0” e a entrada “A” nível lógico “1” a saída Y1 será ativada. Quando ambas as entradas voltarem a seus estados iniciais (nível lógico “1”), temos um pulso de clock (borda de subida) no segundo flip-flop (CI3B).

As entradas “A” e “B” da segunda metade do CI2 (CI2B) foram ligadas às saídas D10 e D11 de CI1, e sua operação é exatamente a mesma já analisada, porém ativando os flip-flops 2 (CI4A) e 3 (CI4B).

Você já deve ter relacionado a presença do nível lógico “1” nos pinos de entrada “A” e “B” do CI2 devido a ligação dos mesmos com os pinos D8 a D11 do CI1, que por sua vez mantém o nível lógico “1” nestes pinos, quando nenhuma chave for pressionada no transmissor.

O funcionamento do 74LS139 está descrito na tabela abaixo (apenas uma parte foi representada, tendo a segunda parte exatamente o mesmo funcionamento da primeira).

O bloco de memória é formado por dois CIs CD4013, duplo flip-flop tipo “D”. A tabela verdade para este flip-flop pode ser vista na tabela abaixo.

Observando a tabela acima, fica fácil compreender como CI3 e CI4 trabalham. Um flip-flop tipo “D” transporta o nível lógico presente em sua entrada para a sua saída não barrada. A sua saída barrada terá sempre nível lógico contrário ao nível lógico apresentado na saída não barrada.

Um outro detalhe sobre o bloco de memória diz respeito a sua “memória inicial”. Perceba que os pinos de RESET (R) de CI3 e CI4 recebem um pulso quando o circuito é ligado, através de C1. O pino RESET quando ativado, permite “zerar” as saídas não barradas do flip-flop inserindo nível lógico “0” nas mesmas. Assim, todas as saídas não barradas de CI3 e CI4 permanecem no nível lógico “0”, até que seja recebido um pulso de clock. Desta forma quando o circuito for ligado, fica garantido que todas os relés estarão desativados.

Porém quando a saída não barrada assume nível lógico “0”, a saída barrada assume nível lógico “1” (contrário). A saída barrada de cada flip-flop está ligada à entrada “D” destes. Assim, num próximo clock será este o nível lógico levado da entrada “D” para a saída “Q”. Agora a saída não barrada tem nível lógico “1” e a saída barrada nível lógico “0”. Com outro pulso recebido, o estado será novamente trocado e assim por diante.

Você deve ter percebido que as saídas trocam de nível a cada pulso de clock, e assim o que temos é uma “memória” para o último estado lógico. Desta forma é possível manter o comando dado (liga/desliga) para o próximo bloco (potência) sem que nenhuma chave no transmissor tenha que ser mantida presssionada.

Este bloco é o mais simples de se compreender. Faremos a analise de apenas uma única parte deste bloco (são quatro partes exatamente iguais), sendo que a analogia a ser adotada na compreensão das demais partes deve ser a mesma.

O transistor Q3 trabalha no corte ou saturação dependendo do nível lógico (presente na saída não barrada de CI3A) e inserido em sua base através do resistor R6.

Quando o nível lógico aplicado for igual a “1” o transistor é levado à saturação, permitindo a circulação de corrente através de seu coletor/emissor. Neste momento a bobina do relé RL1 é ligada e o relé é então ativado. O diodo D4 protege a junção coletor/emissor do transistor contra correntes reversas que ocorrem durante o desligar da bobina do relé. O LED D5 é utilizado para indicar relé ligado ou desligado. O resistor R7 limita a corrente que circulará pelo LED.

Como não poderia deixar de faltar em nenhum circuito eletrônico, temos neste uma fonte de alimentação completa. A mesma é composta por um transformador de tensão (TRAFO-1), dois diodos retificadores (D1 e D2), um capacitor de filtro (C5), um regulador de tensão (CI5) para 5VDC e seus capacitores de filtro e estabilização (C6 e C7 - recomendados no manual do fabricante). O capacitor C8 trabalha como filtro para a saída de tensão 5VDC e o LED D3, juntamente com seu resistor limitador de corrente R4, informa sobre a presença da tensão 5VDC no circuito e, portanto que o mesmo está ligado.

Nas figuras acima você minha sugestão para os lay-outs a serem utilizados na confecção dos circuitos impressos para o transmissor e receptor, respectivamente, do Controle Remoto IR.

A placa de circuito impresso do transmissor foi desenhada com apenas uma face. Já a placa do receptor possui duas faces. Essa opção permitiu um ganho significativo no tamanho final da placa.

Para os que não tem experiência na confecção de circuitos impressos com duas faces, é aconselhável solicitar a ajuda de um amigo ou professor com tal experiência. Tanto a placa do transmissor como a do receptor também podem ser redesenhadas se você preferir ou mesmo poderão ser montadas usando placas padrão e a técnica do wire wrapping. Evita-se assim a confecção desta placa com dupla face.

É recomendável o uso de suporte para CI1. As chaves S1 a S4 do são do tipo “push button” normalmente abertas. É possível utilizar na montagem os tipos para solda na placa como as da figura da placa do transmissor mais acima ou os tipos aéreos (para montagem em caixa). A escolha é livre. S5 é uma chave tipo “liga/desliga” e a escolha da mesma (“H-H”, gangora, alavanca metálica) deve ser feita de acordo com o acabamento desejado na montagem final.

Para ligar a bateria de 9V ao circuito, aconselho o uso de um conector específico para tais baterias, facilmente encontrado no mercado especializado. Estes conectores, também conhecidos como “clip para bateria quadradinha” possuem dois fios devidamente identificados: vermelho para o positivo e preto para o negativo. Isso facilita bastante sua ligação ao circuito. Tenha bastante cuidado ao ligar este conector à placa. A inversão de polaridade na alimentação poderá danificar irremediavelmente CI1.

D1 a D4 são diodos de sinal 1N4148. Não use outro tipo, como os diodos retificadores da família 1N400X, por exemplo. Tenha muito cuidado ao montá-los na placa, pois trata-se de componentes polarizados.

O transistor Q1 é o tipo 2N2218 com excelentes características para chaveamento de sinais e por isso foi escolhido para o circuito. Tenha cuidado ao montá-lo no circuito.

Os fotos-emissores TIL38 (D5 a D6) devem ser montados de maneira que sua instalação em uma caixa seja facilitada. Estes componentes são polarizados e devido a sua ligação em série, basta que apenas um seja ligado invertido para que ambos não funcionem. Tenha bastante cuidado ao montar estes componentes na placa.

Utilize nesta montagem suportes para todos os CIs. Tenha muito cuidado ao soldar capacitores eletrolíticos, diodos, o regulador de tensão, transistores e LEDs. São componentes polarizados e requerem cuidado neste quesito.

Os resistores não são componentes polarizados, mas nesta parte da montagem temos uma variedade deles. Tome cuidado com relação a seus valores. Monte-os na posição indicada na placa. Use a lista de materiais para se orientar com relação ao seu código de cores.

Os capacitores C5 e C8 são capacitores do tipo eletrolíticos e, portanto, polarizados. Cuidado na sua montagem. Os capacitores C1, C6 e C7 são capacitores de poliéster e não polarizados. Porém os mesmos possuem valores diferentes. Tenha cuidado na sua montagem na placa. Os capacitores C2, C3, C4 e C9 são capacitores cerâmicos não polarizados de 100 nF.

Os diodos D1 e D2 são diodos retificadores, enquanto os diodos D4, D5, D6 e D7 são diodos de sinal. Cuidado para não se confundir durante a montagem. Os LEDs D8 a D12 podem ser de qualquer tipo, desde que sua tensão de trabalho não exceda os 2VDC.

Todos os transistores utilizados nesta parte da montagem são do tipo NPN (BC337). A montagem de um transistor requer cuidados, evitando inversões e sobre aquecimento durante a solda. Os relés utilizados em meu protótipo são do fabricante Metaltex modelo AT1RC-5V.

O foto-transistor, TIL78, merece durante a sua montagem uma atenção especial. Atenção para não montá-lo de forma invertida. Caso isto ocorra o mesmo não funcionará adequadamente e nenhum sinal será recebido e conseqüentemente, o receptor não funcionará.

A instalação do TIL78 em um pequeno tubo opaco com uma “lente” pode melhorar e muito a recepção do sinal do transmissor. Lembrando que o foto transistor deve ser posicionado no foco da lente como na figura abaixo.

O uso de um pequeno dissipador de calor para CI5 (o regulador de tensão) é recomendado. Assim, o circuito poderá ficar horas e/ou dias ligado sem que CI5 “sofra” com um possível aquecimento.

O transformador utilizado na montagem deve ter tensão de entrada de acordo com a rede elétrica e tensão de saída com 9VAC + 9VAC (transformador com tomada central no secundário) e 0,5 a 1 A de corrente. Para ligar o transformador e seus “acessórios” ao circuito utilize a figura abaixo.

Em nosso protótipo utilizamos conectores tipo KRE com três segmentos cada para a ligação do transformador (TRAFO-1) e dos relés (RELE1 a RELE4). Porém o leitor poderá soldar fios diretamente na placa sem maiores problemas.

Para ligar as cargas aos relés você poderá utilizar os contatos NA e C ou NF e C dos relés. Se uma carga necessita ficar longos períodos ligada, é mais racional utilizar os contados “NF” e “C”, pois não há necessidade de manter o relé ligado durante o mesmo período. Porém se a carga necessita permanecer ligada durante curtos intervalos de tempo, o ideal é utilizar os contatos “NA” e “C”. Na figura abaixo temos ambas as formas de uso.

Obs.: as cargas a serem utilizadas com este projeto devem ser dimensionadas de acordo com a corrente máxima suportada pelos contatos dos relés. Não ultrapasse este limite. Cargas com consumo de corrente maior que o indicado não devem ser utilizadas sem a devida adaptação (uso de um relé externo com capacidade de corrente maior em seus contatos). A mesma recomendação é valida para a fiação utilizada nesta parte da montagem (ligação da carga ao relé).

A montagem de ambas as partes (transmissor e receptor) em caixas pode conferir um excelente acabamento final à montagem, além de proteger os circuitos contra umidade, poeira, etc. A fabricante de caixas plásticas Patola oferece uma série de modelos que podem ser utilizadas para esta finalidade.

Após a montagem, é conveniente realizar "aquela" verificação em ambas as placas. Reveja todas as ligações, as soldas, posições dos componentes, etc. Gaste alguns minutos nesta verificação. Não tenha pressa em ligar os circuitos. Alguns minutos gastos em uma boa verificação podem representar a diferença entre o sucesso e o fracasso da montagem.

Agora que tudo foi verificado (você verificou, não foi?!), vamos aos testes. Conecte a bateria de 9V ao transmissor e ligue-o através de S5. Ligue também o receptor (na tomada e sua chave principal).

Aproxime os TIL32 no circuito transmissor do TIL78 no circuito receptor e pressione uma chave qualquer no transmissor (S1 a S4).

Verifique se o LED D12 no receptor indica a presença do sinal. Regule P1 no receptor para aumentar a sensibilidade. Lembre-se que se você utilizou um tubo com lente para o elemento receptor (TIL78) o mesmo deve estar ajustado (foco da lente sobre o TIL78), conforme descrito anteriormente através da figura mais acima (a distância de atuação do conjunto dependerá exclusivamente deste arranjo).

A cada atuação em uma das chaves um relé deverá ser ligado ou desligado, de acordo com seu estado anterior.

Caso nenhuma das chaves no transmissor atue nenhum dos relés e o LED D12 não indique qualquer recepção de sinal, você poderá desconfiar que sua etapa receptora ou decodificadora têm problemas.

Neste caso verifique se os resistores de oscilação, tanto no transmissor quando no receptor, não foram trocados. Verifique também se o TIL78 e os TIL38 não foram ligados de maneira invertida. Não se esqueça de rever se todas as ligações foram feitas corretamente.

O circuito é funcional e não apresentou qualquer problema durante os testes no meu laboratório. Caso o seu conjunto não funcione adequadamente, você deverá refazer todas as verificações já descritas separando a montagem em etapas. Verifique se não existem erros na confecção das placas, se não há soldas frias ou pequenos curtos provocados por pontos muito próximos, etc.

Toda verificação deve ser feita com muita calma, e preferencialmente com a ajuda de um amigo ou professor. Geralmente um “terceiro” tem mais chance de encontrar um erro que nos passou despercebido.

Nos dias atuais com o barateamento dos microcontroladores a sua utilização tornou-se possível nos mais variados tipos de circuitos eletrônicos. Em alguns casos porém, pode-se dizer que este uso é feito de maneira “indiscriminada”, pois poderia-se construir um circuito similar sem a necessidade do microcontrolador. E a explicação para isso pode ser bem simples. Existem profissionais e hobistas que simplesmente não sabem como dispor CIs discretos, usando conhecimentos de lógica digital, para montar tal circuito ou em outros casos, por ser mais simples usar um microcontrolador para se obter o resultado desejado. De qualquer maneira, montar um circuito eletrônico sem um microcontrolador também pode ser muito gratificante e desafiador. Sugiro a você que tente! Boa montagem e até a próxima!

Obs.: Os arquivos de "layout" das placas foram dispostos para facilitar sua confecçã usando o método da transferência térmica. Para outros usos você poderá invertê-los da maneira que achar melhor ok! Boa sorte e sucesso!!!

Este projeto foi publicado, com minha autorização, na Revista Eletrônica Total nr 114 de Maio/Abril de 2006.