Neste post, vamos construir um circuito de cronômetro de corrida de arrancada usando um display de 7 segmentos e componentes discretos comumente disponíveis que podem medir o tempo gasto por um carro ou qualquer outro veículo da linha de partida à linha de chegada. O circuito proposto é totalmente automático, o que significa que pode iniciar e parar o temporizador sem intervenção humana.
Exploraremos o seguinte:
- O que é uma corrida de arrancada?
- O que é um temporizador de corrida de arrancada?
- Diagrama de blocos do temporizador de corrida de arrancada.
- Esquema e descrição do circuito.
- Arquivos de simulação e circuitos.
- Instruções de operação.
O que é uma corrida de arrancada?
É uma corrida entre dois carros em uma curta distância em uma pista reta chamada dragstrip normalmente por quarto de milha (402 metros) ou 1000 pés (305 metros) ou 1/8º de uma milha (201 metros), o primeiro a chegar à linha de chegada vence a corrida. Os carros de corrida de arrancada podem atingir a velocidade máxima muito rapidamente e são modificados para isso.
O que é um temporizador de corrida de arrancada?
Um cronômetro de corrida de arrancada é essencialmente um cronômetro automático que mede o tempo que um carro leva para chegar à linha de chegada a partir do ponto de partida. O temporizador pode ser analógico/manual (antigamente) ou digital (dia moderno) com altíssima precisão.
Temporizadores eletrônicos e sistemas de detecção de velocidade foram introduzidos já na década de 1960. Os cronômetros de corrida de arrancada da vida real moderna podem medir dados como velocidade média, tempo de reação, tempo decorrido etc. e são controlados por microprocessadores e fornecem resultados instantâneos em uma tela tão grande quanto outdoors publicitários.
Neste post, estaremos construindo um cronômetro de corrida de arrancada em miniatura que pode medir o tempo de corrida com precisão razoável.
Diagrama de blocos do temporizador de corrida de arrancada:
O circuito de temporizador de corrida de arrancada proposto mostra o tempo decorrido em uma tela de 5 x 7 segmentos, os pontos de partida e chegada são equipados com circuito de disparo a laser que detecta automaticamente um carro quando os feixes de laser são interrompidos.
Os dois circuitos de disparo a laser são interligados com um multivibrador biestável. O multivibrador biestável é responsável por acionar o multivibrador astável que fornece sinal de clock para o estágio do contador.
Quando o laser na linha de partida é interrompido, o multivibrador biestável envia um sinal DC alto contínuo para o estágio do multivibrador astável, o que o faz oscilar a 1 KHz, que é o sinal de clock necessário para o estágio do contador de exibição.
Quando o carro atinge a linha de chegada, outro feixe de laser é interrompido, o que faz com que a saída do multivibrador biestável diminua, interrompendo a oscilação do multivibrador astável na saída, o que eventualmente congela o tempo no visor de 7 segmentos, obtendo assim uma leitura.
Diagrama de circuito:
- Circuito de disparo do laser:
As funções acima são assim: A saída do circuito é baixa ativa, quando o feixe de laser atinge o LDR, a saída fica alta e quando o feixe de laser é interrompido, a saída fica baixa, o que é necessário para acionar o estágio multivibrador biestável.
O circuito de disparo do laser consiste em um transistor NPN de baixa potência, LDR para detectar feixes de laser, um preset / potenciômetro para ajustar a sensibilidade e um par de resistores pull-up.
Quando o feixe de laser atinge o LDR, sua resistência cai significativamente e o sinal de terra passará para a base do transistor, o que o desativa e, como há um resistor de pull-up de 10K no terminal do coletor, a saída do circuito fica alta .
Quando o feixe de laser é interrompido, a resistência do LDR aumenta significativamente, agora o sinal +Ve através do resistor predefinido passa para a base do transistor e liga o transistor que faz a corrente fluir do terra para o terminal do coletor, tornando a saída do circuito baixa.
Um resistor de 1K ohm é conectado em série com o resistor predefinido para evitar curto-circuito quando a resistência do LDR é muito baixa (quando o raio laser atinge o LDR) e quando você acidentalmente gira o preset para a posição mínima (baixa resistência). Outro resistor de 1K é conectado à base do transistor para limitar o fluxo de corrente para o transistor.
- Configuração do lazer:
O LDR deve ser montado dentro de um tubo oco pintado de preto por dentro e fazer o tubo com pelo menos 5 cm de comprimento para que a luz ambiente ou a luz solar possam ser bloqueadas de forma eficaz. Tente obter um diodo laser que seja poderoso o suficiente e visível mesmo com luz solar intensa (com saída óptica de 100mW ou uma adequada).
- Contador, driver de exibição, estágios biestáveis e astáveis:
O circuito acima é o cérebro do cronômetro de corrida de arrancada que faz a computação automatizada do tempo decorrido quando um carro chega da largada à linha de chegada. Vamos tentar entender cada etapa do circuito.
Existem dois IC 555s, um deles configurado como biestável e outro como multivibrador astável. O IC 555 presente no lado esquerdo é configurado como biestável (IC1) que recebe sua entrada de dois circuitos detectores de laser, um na linha de partida e outro na linha de chegada.
Quando um carro interrompe o laser na linha de partida, o pino nº 2 do IC1 555 fica baixo momentaneamente, o que faz com que o pino de saída nº 3 fique alto. O pino #3 está conectado ao pino #4 de reset do IC2 555; isso faz o IC2 oscilar em 1 KHz.
Quando o mesmo carro interrompe o laser na linha de chegada, o pino #4 do IC1 fica baixo momentaneamente, o que faz com que o pino #3 fique baixo e quando o sinal baixo é alimentado no pino #4 do IC2 (555), a saída interrompe a oscilação.
Existem dois botões de pressão fornecidos ao lado do IC1 555 para emular a interrupção do laser da linha de partida e chegada para fins de teste e depuração.
A oscilação de 1 KHz é alimentada ao IC 4026 que é capaz de contar de 0 a 9 em um display de 7 segmentos de cátodo comum e em cascata cinco IC 4026s como mostrado no esquema podemos contar de 0 a 99999. As contagens que obtemos no cinco displays de 7 segmentos são milissegundos e segundos.
Um botão de redefinição é fornecido para redefinir a contagem de tempo para zero. Um interruptor deslizante ON/OFF é fornecido para conectar e desconectar a linha de sinal do relógio do IC2 (555) para o estágio do contador de exibição; a funcionalidade exata do interruptor deslizante será explicada posteriormente. Um LED é fornecido para indicar que o estágio multivibrador astável está ativado.
Ajuste o potenciômetro de 2,2 K para obter precisamente 1 KHz no pino 3 do IC2 555; a precisão do tempo decorrido depende desta calibração.
IC 4026 para conexão de exibição de cátodo comum:
Simulação:
Verificamos a funcionalidade do circuito usando o software de simulação proteus; aqui, em vez do circuito de disparo do laser, fizemos uma função equivalente usando botões de software para iniciar e parar o temporizador.
Clique aqui para baixar o arquivo de simulação.
Temporizador de corridaBaixar
Comprimento e espessura do fio:
O circuito proposto pode ser implantado para uma extensão de várias centenas de metros; o único requisito é escolher um fio de transmissão com espessura adequada. Recomendamos fios com espessura de 2mm quadrados desde o circuito de disparo do laser até o circuito principal (Vcc, GND e saída).
Como operar o circuito:
A explicação abaixo é aplicável para circuitos práticos e de simulação.
- A chave deslizante deve estar na posição desligada antes de você ligar o circuito.
- Agora, ligue o circuito e você verá que o LED está aceso e a contagem no display é 00000, o LED aceso indica que o multivibrador astável está gerando oscilação, isso porque a saída inicial do multivibrador biestável será alta o que aciona o astável multivibrador para oscilar.
- Pressione o botão de parada (no pino 4) que desligará o LED e a oscilação, agora alterne o interruptor deslizante para a posição LIGADO. Agora seu circuito está pronto para uma corrida.
- Para emular uma corrida, pressione o botão de partida ou interrompa o feixe de laser de partida que atingiu o LDR, você verá o visor começar a contar o tempo.
- Agora pressione o botão de parada ou interrompa o raio laser da linha de chegada e você verá o tempo decorrido no visor.
- Pressione o botão de reinicialização para zerar a contagem e iniciar uma nova corrida. Repita o mesmo procedimento quando ligar o circuito da próxima vez.
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FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
Pode conter erros de tradução
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