INTERFACE DIGITAL DO SUBA  

Dispositivos semicondutores usados na placa de interface digital

U1  = LM340T Regulador de tensão 5 V
U2  = CD4060  74HC4060 74HCT4060 Oscilador e gerador de relógio
U3  = CD4001 4 portas NOR
U4 = 74C14  74HC14  74HCT14 6 inversores Schmitt Trigger
U5  = LM386 Amplificador de potência
U6  = LM555 Multivibrador
T1 a T6  = 2N3904 Transístor NPN de comutação
HCT- especificações Comparação de Caract. HCT

O SUBA está equipado com uma placa electrónica (sub chassis lateral esquerdo) que faz a interface com diferentes circuitos.

 Os circuitos incluídos na placa são:

CIRCUITO DE INTERFACE EXTERNA COM OS MOTORES

CIRCUITO GERADOR DE IMPULSOS POR ACÇÃO EXTERNA

CIRCUITO DOS FARÓIS DO SUBA

CIRCUITO DO VISOR DIGITAL  DO SUBA

CIRCUITO GERADOR DE FREQUÊNCIAS DE RELÓGIOS DIGITAIS E GERADOR DE PWM

AMPLIFICADOR DE ÁUDIO DE POTÊNCIA

CIRCUITO DE INTERFACE EXTERNA COM OS MOTORES

O controlo dos motores do SUBA pode ser feito através de sinais lógicos aplicados ao conector MotorIN/CLCKOUT/Int. Este conector acede a circuitos lógicos CMOS ou HCTMOS (pode substituir, se quiser,  os circuitos integrados U3 e U4) consoante os limiares de decisão lógica pretendidos para as entradas no conector. Na figura 1 pode ver-se o esquema eléctrico desta parte do circuito da placa de interface.

A função básica que se pretende com este circuito é aceitar níveis lógicos padrão de 0 a 5 V, (incluindo 0 a 3,3V) e proteger o circuito dos motores por forma a não ser possível simultaneamente comandar o SUBA para a frente e para trás (ou para a direita e para a esquerda), ver Suba na Electrónica dos Motores.

No conector MotoresI/O liga-se um cabo plano que acede directamente aos circuitos electrónicos dos motores. Este conector também tem os sinais digitais recebidos do  controlador remoto por rádio do SUBA e que assim ficam disponíveis para o que seja necessário. Para repor o SUBA na sua configuração original de comando remoto por rádio, ver Suba no Controlo Remoto, basta colocar um conector fêmea especial no conector MotoresI/O. Este conector especial deve ter os terminais com número ímpar ligados ao terminal com número par imediatamente a seguir (1 liga a 2, 3 liga a 4,...). Os sinais do receptor de rádio continuam disponíveis, mas com a presença do conector fêmea especial o SUBA fica sob comando remoto por rádio.

Fig.1- Circuito de interface e protecção dos motores.

CIRCUITO GERADOR DE IMPULSOS POR ACÇÃO EXTERNA

A placa de interface digital dispõe de 2 entradas digitais, INICIO1 e INICIO2, que no circuito da figura 2 originam impulsos formatados digitalmente, a "1". Estes sinais estão disponíveis no conector MotorIN/CLCKOUT/Int.

Às duas entradas podem ser ligados, por exemplo, um sinal digital qualquer ou interruptores  (o SUBA dispõe de um interruptor de pressão, que está colocado no pára-choques traseiro) que estando normalmente abertos, quando se pressionam ligam a entrada à massa, activando o circuito.

A entrada INICIO1 origina, no terminal 12 do circuito U4,  um impulso a "1" com a duração de cerca de 1 ms, assim que se solta o botão do interruptor. A entrada INICIO2 origina no terminal 10 de U4,  um impulso que permanece a "1" enquanto o interruptor estiver pressionado e, depois de este ser solto, acrescenta mais 1 ms a este tempo.

Fig.2- Circuito gerador de impulsos lógicos por acção externa.

 

CIRCUITO DOS FARÓIS DO SUBA

O circuito da figura 3  permite acender os díodos LED dos faróis do SUBA. Estes LED estão  usados numa configuração de ânodo comum. Os faróis são constituídos por associações de díodos LED em série (podendo haver também uma associação em paralelo de várias séries), ver, por exemplo, a figura 4a) que diz respeita ao caso dos faróis de máximos. Note-se que os faróis são alimentados directamente da tensão, VBAT,  da bateria do SUBA, que está disponível no conector de saída FAROIS/VISOR OUT, que liga aos circuitos do SUBA, enquanto os circuitos lógicos da placa de interface são alimentados a partir da tensão VCC = 5 V que é obtida a partir da tensão da bateria por um circuito estabilizador de tensão, ver figura 4b). O controlo dos faróis e do visor de 7 segmentos é feito por sinais lógicos aplicados ao conector FAROIS/VISOR IN. O farol de emergência (LED azul) e o visor digital de 7 segmentos encontra-se no tejadilho do SUBA, ver esquema de circuito mais abaixo.

Fig.3- Circuito de comando dos faróis e do visor de 7 segmentos do SUBA.

 

                                       

                                                                   a)                                                          b)

Fig.4- Circuito típico de faróis e regulador de tensão.

CIRCUITO DO VISOR DIGITAL  DO SUBA

O SUBA pode ser equipado com um visor digital de 7 segmentos, ver figura 5,  que pode proporcionar 16 caracteres e o ponto decimal (PD). O acesso ao visor faz-se através do conector FAROIS/VISOR OUT, controlado por sinais lógicos, A, B, C, D, E,  LE e PD, que deve aplicar ao conector FAROIS/VISOR IN. Os caracteres são codificados em hexadecimal, mas o visor tem um circuito descodificador para números decimais realizados com 7 segmentos luminosos. O esquema do circuito está representado na figura 5. A ligação da placa electrónica do tejadilho faz-se através de um conector plano com 8 condutores ligado à placa digital de interface.

 

Fig.5- Circuito do visor digital do SUBA.

 

CIRCUITO GERADOR DE FREQUÊNCIAS DE RELÓGIOS DIGITAIS E GERADOR DE PWM

O SUBA dispõe de um relógio digital de alta precisão, constituído pelo circuito U2, que gera ondas quadradas com 5 V de amplitude e com várias frequências. O oscilador do relógio é estabilizado por um  cristal de quartzo, e gera a frequência de 215 Hz (32768 Hz).

Além do relógio com esta frequência, o SUBA  dispõe de saídas lógicas proporcionadas pelas divisões desta  frequência por qualquer potência de 2 (^número inteiro) entre 24 e 214 com excepção da frequência obtida pela divisão por  211. No conector "MotorIN/CLKout/Int" terá 5 sinais, F1 a F5, com quaisquer das frequências  que pode escolher do conjunto anterior, usando 5 fios de ligação entre o conector JP1 e o conector JP5. A saída digital QH de U2 tem a frequência de 128 Hz e a forma de onda quadrada entre 0 e 5 V e está disponível no pino 7 do conector JP1. O flanco ascendente deste sinal é diferenciado por Cdisp1 e Rdisp1 e é aplicado no pino 2 do circuito U6 que é um circuito multivibrador 555 montado numa configuração de multivibrador monoestável, isto é, gera um impulso digital de 5 V com a duração T1 é controlada por Ctim1 X (Rtim1+Ptim1), em cada flanco ascendente do sinal de onda quadrada de 128  Hz (período T = 1/128 s). Modificando o valor do réostato Ptim1 é possível variar o tempo a "1"  (T1) da onda de 128 Hz, isto é, é possível ajustar o factor de ciclo de trabalho, d(d = T1/T) deste sinal.

 O sinal digital com  d variável está disponível no conector JP1 e também pode ser um dos sinais F1 a F5 (conector JP2).

 O sinal com PWM pode ser usado para testar os motores com diferentes correntes de excitação.

 

O controlo de velocidade do motor de tracção é feito ligando e desligando o motor com um sinal digital aplicado ao barramento de controlo do SUBA, ver Fig. 7. O valor médio <VM>, no tempo, do sinal de controlo, é proporcional à velocidade do SUBA em piso plano.

O SUBA é alimentado pela bateria de VB = 10 V e se o interruptor I1 estiver ligado permanentemente, o carro atinge a sua velocidade máxima, vmax. Todavia, se o motor for actuado pelo interruptor I1, controlado a partir de um sinal de relógio pelo sinal digital periódico  de controlo, vD, com período T, representado na Fig. 7, a velocidade será dada por vmáxT1/T;  isto é, tudo se  passa como se o motor fosse alimentado por uma bateria com uma tensão de valor médio <vM> = VB.T1/T. Recomenda-se a utilização de uma  frequência baixa, 128 Hz por exemplo, afim de que o motor não vibre muito devido ao facto de estar alimentado por uma tensão  pulsada de baixa frequência.

 

Fig.6- Circuito gerador dos sinais de relógio.

        

Fig.7- Controlo de velocidade de motores usando tensão de alimentação modulada em PWM.

 

AMPLIFICADOR DE ÁUDIO DE POTÊNCIA

A placa de interface digital dispõe também de um amplificador analógico de potência, (cerca de 1 W), alimentado directamente pela tensão da bateria do SUBA, ver figura 8. O amplificador tem acoplamento AC e pode ser atacado com sinais digitais provenientes da entrada (pino 13 do conector "MotorIN/CLKout/Int"), desde que a amplitude aplicada ao amplificador seja reduzida pelo potenciómetro PVol1. O SUBA dispõe de 1 (ou 2)  altifalantes ligados aos terminais LSPK1 de saída  de áudio.

Fig.8- Circuito amplificador de áudio.