DIY Projects - My Automated Picture Lights

Este é um pequeno projecto que consiste na conversão de um candeeiro de quadro em num candeeiro automático e mais económico, pois este candeeiro originalmente utilizava lâmpadas de filamento, muito pouco económicas, um interruptor que apenas permitia desligar o candeeiro manualmente (Ver imagem acima), e por fim, a sua fonte de alimentação, que era um transformador que apesar de não ser muito grande, podia atrapalhar um pouco durante a sua utilização (Ver manual de instalação abaixo).

Assim para tornar o candeeiro mais económico substituímos as lâmpadas do candeeiro por pequenas fitas de LED, que são mais económicas e a sua qualidade e quantidade de iluminação é bastante superior (Ver Datasheet abaixo). Alem da alteração das lâmpadas, instalamos também um sensor de movimentoHC-SR501 (Ver datasheet abaixo), sendo possível com este controlar o candeeiro, de forma, a que este apenas ligue quando existe alguém a passar perto dele, pois acontecia algumas vezes esquecermos-nos de desligar o candeeiro, o que promovia o aumento do consumo de electricidade,

Este sensor HC-SR501 detecta o movimento através do calor emitido em forma de radiação infravermelha, por exemplo, de animais ou objectos. Este é formado por um sensor pireléctrico dividido em zonas sensíveis, através de uma lente especial chamada “Lente Fresnel”, que multiplica as zonas de detecção, sendo esta facilmente identificável, pois normalmente é uma tampa branca em forma de cúpula que se encontra em cima do sensor pireléctrico (Ver imagens acima).

O funcionamento deste sensor consiste em verificar se estas zonas se encontram num estado diferente ao anterior, por exemplo, quando um animal ou objecto entra numa dessas zonas de detecção, o estado muda é enviado um sinal digital através da sua saída. Alem disto, o sensor também poderá ser ajustado na sua sensibilidade, tempo de rearme e modos de funcionamento (Ver imagem acima).

Para que se possa instalar este sensor e todo o circuito electrónico dentro da caixa central, incluindo a fonte de alimentação, tornando o candeeiro mais fácil de utilizar, tivemos que criar uma nova caixa, um pouco mais alta, e adaptar a sua tampa para que todos os componentes sejam acomodados da melhor maneira possível.

No entanto, mantivemos a mesma instalação eléctrica, como também o seu interruptor, podendo desligar o candeeiro manualmente.

De seguida, vamos então mostrar-vos quais os passos para a concretização deste projecto, desde a delineação de todo o circuito eléctrico, a criação da PCB (Printed Circuit Board), até as alterações necessárias para alojar todos estes componentes, deixando o candeeiro o mais idêntico possível ao original.

Caso queiram saber mais sobre a sensor de movimento HCSR501 vejam a sua datasheet ou o tutorial o "Arduino Tutorial - Motion Sensor", onde é explicado em pormenor todo as suas características e funcionalidade.

Step 1: Montagem Da PCB:

Começamos o projecto desenhando e testando o circuito através de uma pequena Breadboard e os componentes necessários para a sua realização, só depois destes testes terminados e confirmada a sua funcionalidade, partimos para a concretização final (Ver circuito acima).

Material necessário:

• 1x Candeeiro de quadro;
• 1x Sensor de movimento HCSR501;
• 1x Fita de LED SMD5104 14W;
• 1x Relé 12V 2A TRK2233;
• 1x Díodo 1N4001;
• 1x Trasistor NPN BD135;
• 1x Fonte de alimentação AC/DC 12V 450mA.
• 2x PCB Terminal blocks.

Fonte de Alimentação:

Este circuito utiliza uma Fonte de Alimentação muito compacta, que alimenta tanto o circuito de comando, como as Fitas de LED que substituem as antigas lâmpadas de filamento. Esta fonte de alimentação é muito fácil de encontrar no mercado, principalmente na Internet onde existem vários modelos, no entanto, temos de ter apenas cuidado com as características de tensão e potência necessárias para o projecto.

Circuito de comando:

O Transístor NPN tem como função receber o sinal do nosso Sensor de Movimento através da sua Base, que por usa vez, alimenta através do Colector o Relé de 12V 2A, ligando assim as respectivas Fitas de LED. Este Transístor é essencial no circuito, pois o sinal colocado na saída do Sensor de Movimento não tem a tensão (3,3V) e a potência necessária para activar o Relé, assim o Transístor sendo mais sensível ao receber esse sinal colocar o pino de GND no terminal da bobina do Relé, activando-o.

Ligado em paralelo ao Relé encontra-se um Díodo 1N4001, que tem como função a protecção do circuito electrónico, contra as correntes inversas criadas pela bobina do nosso relé quando este é desligado. Este Díodo deve ser sempre colocado inversamente polarizado, quando utilizamos um Relé e principalmente quando estamos a utilizar componentes electrónicos mais sensíveis, como por exemplo, a nossa Fonte de Alimentação electrónica ou um Sensor de Movimento.

Criar a PCB:

Depois teremos de desenhar o circuito preparando-o para a PCB (Printed Circuit Board), para isso necessitamos de saber quais as medidas finais da placa e desenhar as ligações eléctricas entre os respectivos componentes (Ver imagem de PCB acima).

Para realizar esta tarefa utilizámos o programa de PCB Design (EasyEDA), onde é possível imprimir o circuito em acetato, no entanto, deixamos-vos o desenho do PCB pronto a imprimir ou para importar ,sendo possível alterar-lo (Ver ficheiros abaixo).

Material necessário:

• 1x PCB de 32mm x 106mm;
• 1x Broca de 1mm;
• 1x Broca de 1,6mm;
• 1x Broca de 3mm;
• Luvas de protecção;
• Óculos de protecção;
• Lata de Spray de POSITIV 20;
• Soda Caustica;
• Percloreto de ferro.

Estando o desenho pronto passamos o método químico, tendo 3 processos para a sua elaboração,ou seja, o processo de Revelação, que consiste em utilizar uma tinta especial, sensível à luz Ultra-Violeta, e um produto químico revelador, ficando impresso o nosso circuito na PCB (Ver imagem acima), a seguir vem o processo de Corrosão, que utiliza um produto químico para corroer o cobre exposto pelo processo anterior (Ver Imagem acima). Por fim, o vem o processo de Limpeza e acabamento da PCB, sendo criados os orifícios onde os componentes eléctrico são encaixados (Ver imagem Acima).

Processo de Revelação:

Este processo começa com a pintura da face de cobre da PCB, sendo esta realizada com uma tinta sensível à luz Ultra-Violeta (Ver imagens acima), podendo ser em Spray(POSITIV 20) ou em lata (Ver Datasheet abaixo), esta tinta deve ser aplicada uniforme-mente e com uma camada fina, para que a luz Ultra Violeta possa penetrar facilmente. Também existem PCB com esta tinta já aplicada, sendo apenas necessário retirar uma película que a protege.

Depois de aplicada a tinta e com esta bem seca fixamos o acetato com o desenho do circuito sobre a PCB, verificando se a impressão do acetato está bem definida e se não tem falhas, caso contrário podem ser corrigidas essas falhas com uma caneta de acetato de cor escura.

De seguida, é colocada a PCB com o respectivo acetato exposto a luz Ultra-Violeta cerca de 45 minutos, dependendo da potência das lâmpadas, podendo ser utilizada uma máquina com lâmpadas de radiação UV.

Terminado o tempo de exposição à luz Ultra-Violeta utilizamos o produto revelador, existem vários tipos de produtos revelador de placas PCB prontos a utilizar no mercado, contudo, pode-se fabricar o nosso próprio produto revelador ficando mais barato e à nossa medida.

Para preparar o nosso revelador utilizamos Soda Caustica (NaOH) em pó, granulado ou liquido ( Ver datasheet abaixo), sendo que é necessário dissolver muito bem o produto em agua, especialmente se este produto estiver for em pó ou granulado. As quantidades para esta solução são um pouco relativas, pois podem variar consoante a temperatura da solução, quantidade de tinta aplicada na PCB, tempo de exposição da PCB à luz UV ou potência das lâmpadas.

Aconselhamos que esta solução seja rectificada gradualmente, iniciando com esta mais fraca, introduzindo a Soda Caustica progressivamente, até à solução ideal.

Atenção:

Deve-se utilizar sempreluvas de borracha e óculos protectores, pois este tipo de produtos são perigosos e podem causar lesões graves na pele e nos olhos.

Assim, para revelar a impressão do circuito eléctrico, colocamos a PCB dentro desta solução cerca de 10 minutos, verificando o seu estado de 2 em 2 minutos, até que seja bem visível e bem definido o circuito eléctrico, isto acontece, pois a tinta exposta à radiação UV reage com o produto revelador, ficando apenas a tinta não exposta, traduzindo-se em todo o circuito eléctrico.

Processo de Corrosão:

Para este processo utilizamos uma solução de agua e Percloreto de Ferro (FeCl3), o Percloreto de ferro pode ser encontrado no mercado em estado liquido ou em granulado (Ver Datasheet abaixo), como foi enunciado para o produto do processo anterior, aconselhamos que esta solução seja rectificada gradualmente, introduzindo o Percloreto de Ferro progressivamente.

Para realizar este processo basta colocar a PCB com o circuito impresso (Ver Imagens acima), dentro da solução por cerca de 45 minutos, esta começa a corroer as apenas o cobre exposto, todavia, deve-se verificar o seu estado de 10 em 10 minutos mexendo a solução para que o processo seja mais rápido.

Após alguns minutos é possível verificar falhas no cobre, indicando que a solução está a realizar o seu trabalho correctamente. Este processo terminal quando todo o cobre exposto for totalmente corrido, ficando apenas o cobre das zonas com a protecção da tinta (Ver Imagens acima).

Atenção:
Deve-se utilizar sempreluvas de borracha e óculos protectores, pois este tipo de produtos são perigosos e podem causar lesões graves na pele e nos olhos.

Processo de Limpeza e Acabamento:

Após terminado o processo anterior deve-se limpar a PCB com um pano embebido em Álcool retirando assim os restos de tinta que protegem as pista do circuito eléctrico. Depois deve ser feita um verificação visual e caso existam duvidas na integridade das pistas ou que estas estão em contacto indesejado, deve-se utilizar um multímetro em modo de verificação de continuidade, confirmando que todas as pistas estão a cumprir a sua função correctamente.

De seguida, vamos realizar a furação começando com uma broca pequena de cerca de 1mm e verificando posteriormente se os pinos dos componentes a montar na placa cabem nesses furos, caso contrario utilizar brocas com uma medida um pouco acima.

Para finalizar o acabamento podemos limar e lixar as arestas da placa retirando aquele aspecto áspero, rectificando a geometria da PCB em relação ao ao circuito eléctrico desenhado.

Step 2: Modificação Do Candeeiro:

Terminada a PCB teremos de coloca-la no nosso candeeiro, como um dos objectivos é manter a aparecia do candeeiro, ocultando o circuito eléctrico o melhor possível, foi necessário desenhar e produzir uma nova caixa sendo esta um pouco mais alta, pois teria a existir espaço para os alojar os componentes eléctricos da PCB (Ver imagem acima).

Utilizamos um programa de desenho técnico (SolidWorks) para projectar essa caixa, mantendo esta praticamente todas as dimensões da caixa originar (ver imagem dos desenhos acima), sendo apenas diferente a altura, que é a necessária para que todos os componentes estejam acomodados correctamente (Ver ficheiro SolidWork abaixo).

Para materializar a caixa utilizamos uma Impressora 3D (Ver imagem acima) e um Software de impressão 3D (Simplify 3D), esta utilizou filamento PLA (Ver Ficheiro STL abaixo), neste caso não foi necessário realizar nenhuma pintura, pois a cor do filamento era a cor desejada.

Como podem ver na 1ª imagem, é necessário que o o sensor fique a descoberto, mas mantendo todo o circuito oculto, assim foi aberto um orifício na tampa original, com o diâmetro e a posição adequados para o sensor, podendo assim o sensor de movimento realizar a sua função adequadamente (Ver imagens acima).

Esperamos que tenham gostado deste pequeno projecto ou que vos tenha inspirado para outros projectos de automação ou domótica.

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Abraço e bons projectos.