Construindo um Pinball - Parte II - Solenoide

Válvulas solenoides possuem diversas aplicações e existem diversos modelos. Em máquinas de lavar roupa elas são utilizadas para liberação de água para seu interior. Existem solenoides também para cortar o fluxo de combustível, hidráulicos e outros. Existem válvulas solenoides que funcionam fechadas e as que funcionam abertas. No nosso caso, utilizaremos solenoide de tração, que permanece com o eixo extendido graças a uma mola. Estas válvulas podem funcionar em diferentes voltagens conforme o modelo adquirido, mas isso não impacta diretamente na força de tração.

Para o nosso projeto estou utilizando válvulas solenoides de 12vcc, com força de tração de 500g. Infelizmente o custo desse componente é certamente o maior do projeto todo e vamos precisar de 4 deles.

Seu acionamento é simples; basta energizá-lo com 12v. Porém, há um detalhe muito importante a se notar, que é a necessidade de alimentação das microcontroladoras envolvidas. Então, a parte mecânica será alimentada por uma fonte exclusiva devido ao consumo em amperagem, afinal, mesmo utilizando regulador de tensão na entrada, é possível que o consumo seja demasiado alto e não queremos danificar nenhum componente. O fechamento do circuito ao toque da bola ativará as 4 solenoides. Dessa forma, podemos interligá-las tanto nos acionamentos como no sensor de toque e assim economizar mais uma vez em pinos do driver de comando central que criaremos.

Ativar simultaneamente 4 solenoides gerará um consumo considerável. Quando o acionamento é interrompido, uma descarga eletromagnética reversa e emitida pela bobina e isso precisa ser controlado. Para tal, devemos primeiramente escolher o método do acionamento, que pode ser por FET (visto nesse post) ou relé (visto nesse outro).

Se utilizassemos uma válvula solenoide de 110vac, teriamos que utilizar um relé para acioná-lo. Já com o transistor acima, a carga suportada é de até 70v e 30A. Para reter o retorno da bobina, utilizaremos um diodo 1N4007, que suporta ae 700v de carga reversa. Ainda, pode-se adicionar uma proteção extra isolando o acionamento com acopladores óticos, o que acaba sendo uma ótima oportunidade para falar a respeito.

No final do projeto teremos um circuito real, projetado pelo nosso especialista em eletrônica e desenho de circuito, Jorge Villa, mas por enquanto vamos utilizando esquemas de protótipos para poder executar testes.

Como já citei um pouco mais acima o link para utilização de relé, vou dar preferência à utilização do FET por ser mais rápido e dá pra montar na protoboard.

O que é um acoplador ótico

Acopladores óticos são componentes que fazem a transferência de sinais entre circuitos através de sinais de luz. Essa por sua vez, pode ser luz visível ou infra-vermelho, emitido do lado A do acoplador e recebido pelo outro lado do CI. Esse receptor pode ser um LDR para luz visível ou um receptor IR para o segundo caso. Um acoplador pode ser simulado, mas nesse caso dependerá de inteligência dos dois lados da comunicação. Isso deixa claro que não há um relacionamento entre os circuitos envolvidos exceto a ligação física do componente, que pode suportar uma carga reversa de até 7000v dependendo do modelo.
O acoplador ótico também pode ser utilizado como regulador de tensão. Aqui veremos a utilização do MOC3022.
Suas conexões estão descritas na imagem abaixo e na primeira página do datasheet (MOC302XMOC3021.pdf):

Os MOC3020 são recomendados para aplicações de 115/240 Vac para controle de Solenoides, controle de motores, relés de estado sólido, dimmer para lâmpada incandecente, etc. Suporta saída de até 400v, isolamento de 7500v!

Para ficar claro, vamos ver o acoplador ótico em funcionamento. A única coisa que não ficará evidente é o isolamento do circuito, porque peguei 5v do Arduino mesmo, ou seja, não há isolamento nenhum nesse exemplo, apenas estamos comprovando a comunicação do acoplador ótico.
Utilizei o mesmo código escrito para piscar a sinalização da via ferrea do primeiro post da construção do pinball. O código completo é esse:

boolean ESTADO = 0;
void setup(){
    pinMode(7,OUTPUT);
}

void lanterna(){
    delay(500);
    ESTADO =~ESTADO;
    digitalWrite(7,ESTADO);
}

void loop(){
    lanterna();
}

Como visto no post anterior, o que fazia a lanterna piscar era o chaveamento do transistor NPN. Aqui estamos fazendo piscar um LED através do optocouple.

E enfatizando, NÃO EXISTE ISOLAMENTO DE CIRCUITO NESSA PROVA DE FUNCIONAMENTO DO ACOPLADOR ÓTICO, JAMAIS FAÇA UM PROJETO COM ESSE EXEMPLO.

Não gravei um video porque simplesmente você verá um LED piscando. Agora que temos todos os conceitos necessários, vamos por a solenoide para funcionar.

Utilizando transistor FET canal N

Não é o melhor a fazer nesse caso, mas é para provar o conceito, depois faremos com relês na mesa.

Para entender o funcionamento do FET, recomendo a leitura desse post.

O diodo retificador é utilizado para controlar a direção do fluxo, de forma a prevenir carga reversa. Para acioná-lo, utilizei o mesmo código que já estava gravado no Arduino, mas seu acionamento real será feito por interrupção.

O video do teste pode ser visto aqui.

Para o próximo post, vamos sair um pouco da parte técnica e entrar na parte artesanal para descontrair; vamos configurar alguns componentes do tema da mesa!

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Próximo post a caminho!