Neste projeto, aprenderemos a criar um circuito automático de sistema de bomba d'água que liga e desliga com base no nível de água no tanque.
Ideia básica
O projeto apresentado demonstra um circuito simples construído usando portas lógicas digitais, IC NE555, transistores e alguns componentes adicionais que detectam o nível de água no tanque de água e ligam/desligam a bomba de água quando o tanque está vazio/cheio. Ilustraremos também o que fazer se não houver água na caixa d'água subterrânea. Uma pequena adição ao circuito principal resolverá o problema. Por fim, apresentaremos alguns circuitos para diferentes indicações como bomba ligada/bomba desligada, tanque vazio/cheio, etc.
Descrição do circuito
Conforme mostrado na figura, o circuito é construído usando uma porta NAND, uma porta NOR, um temporizador IC NE555 e alguns outros componentes como transistores, resistores, relé, etc.
Fig.1: O diagrama de circuito completo do sistema de bomba de água automática usando porta NAND, porta NOR e temporizador IC NE555.
- Os dois transistores Q1 e Q2, conectados em modo chaveado, servem como sensores de nível de água. Suas bases são inseridas em um reservatório de água que mantém contato com a água e é conhecido como sonda.
- O fornecimento de +Ve é fornecido à água de um tanque, portanto, se a sonda estiver em contato com a água, ela também recebe um fornecimento de +Ve.
- Existem dois sensores para detectar dois níveis vazios e cheios.
- A saída final do sensor é retirada de um coletor do transistor. Ambas as saídas são fornecidas como entradas para duas portas: porta NAND (7400) e porta NOR (7402)
- A saída da porta NAND é conectada à entrada de disparo do IC NE555, e a saída da porta NOR é conectada à entrada de limite do IC NE555. IC NE555 está conectado em modo biestável.
- A saída do NE555 aciona 1 relé C/O (comutação) através de mais um transistor NPN Q3.
- A bomba de água recebe alimentação de 230 VCA através dos terminais de contato do relé C (comum) e NO (normalmente aberto)
Operação do circuito
- Quando ambas as sondas estão em contato com a água, elas recebem um suprimento de +Ve. Já que os transistores recebem entrada + Ve e conduzem. Eles fornecem saídas baixas (lógica 0).
- Ambas as saídas são fornecidas como entradas para ambas as portas. Como ambas as entradas são 0, a saída da porta NAND é alta (lógica 1 – significa +Ve), e a saída da porta NOR também é alta (lógica 1 – significa +Ve).
- Ambas as saídas altas são fornecidas para acionar e limitar as entradas do NE555, de modo que sua saída permanece baixa. O relé não liga, então a bomba d'água não recebe abastecimento.
- Quando o reservatório de água fica vazio, as sondas não entram em contato com a água. Portanto, os transistores não conduzem e fornecem saídas altas (lógica 1).
- Quando a porta NAND obtém ambas as entradas como lógica 1, ela fornece saída baixa (lógica 0).
- Como esta saída baixa é fornecida para acionar a entrada do NE555, sua saída aumenta devido à sua operação biestável.
- Isso ligará o relé e imediatamente a bomba de água receberá o suprimento e ligará. Assim, quando não há água no tanque, a bomba liga automaticamente.
- À medida que a água enche um tanque, a primeira sonda inferior entra em contato com a água, proporcionando baixo rendimento. Mas isso não altera o estado do IC NE555 e a bomba d’água permanece LIGADA.
- À medida que o reservatório de água enche até o nível máximo, a sonda superior também entra em contato com a água; novamente, ambos os transistores fornecem saída baixa.
- Desta vez, a porta NOR entra em ação – colocar ambas as entradas em nível baixo resulta em saída alta.
- Como esta saída alta é fornecida à entrada limite do IC NE555, ela fornece imediatamente uma saída baixa.
- Isso desliga o relé e também a bomba d’água. Assim, à medida que o tanque de água fica cheio, a bomba d'água para automaticamente.
Adicionando inteligência
Normalmente, existem dois tanques de água – um tanque superior e um tanque subterrâneo (ou inferior). A bomba fornece água do tanque inferior para o tanque superior. Aqui, a bomba d'água é LIGADA quando não há água no tanque. Se não houver fonte de água, a bomba arranca, mas funciona sem água, o que pode queimá-la ou danificá-la.
Portanto, precisamos desligar a bomba d'água quando não houver água no tanque inferior. Isso pode ser feito adicionando um circuito simples, conforme mostrado abaixo.
Imagem 2: Um diagrama de circuito para o sistema de fonte/baixa de água usando o sensor.
O mesmo circuito de chave transistor é usado como sensor de nível de água. Insira duas sondas de sensor no tanque de água inferior – uma para alimentação de +Ve e outra para detectar o nível de água do tanque inferior. O transistor recebe entrada +Ve até que a sonda conectada à base entre em contato com a água, o transistor recebe entrada +Ve. Esta saída é combinada com a bomba para iniciar a saída do circuito anterior usando a porta OR.
Quando a bomba dá partida, a saída está baixa e a saída do sensor também está baixa. Nesse caso, apenas o pino de disparo do IC NE555 recebe entrada baixa da porta OR e a bomba é LIGADA através do relé. Mas se não houver água no tanque inferior, o transistor não conduz e sua saída aumenta. A saída da porta OR aumenta imediatamente e não há efeito no sinal de partida da bomba. O IC NE555 não recebe entrada de disparo e não liga a bomba através do relé. Como resultado, a bomba d’água não dá partida quando não há água no tanque inferior.
Indicações
Para adicionar uma indicação de bomba LIGADA e DESLIGADA, basta modificar o bloco IC NE555 conforme mostrado na figura adicionando dois LEDs.
- LED VERMELHO para indicação de bomba desligada
- LED VERDE para indicação de bomba ligada
O LED VERMELHO está conectado entre Vcc e a saída do IC (com um resistor limitador de corrente de 220E). Quando a saída está baixa e a bomba está DESLIGADA, o LED VERMELHO acende para indicar que a bomba está DESLIGADA.
O LED VERDE está conectado entre a saída do IC e o terra. Quando a saída está alta e a bomba está LIGADA, o LED verde está LIGADO.
Imagem 3: Diagrama completo do sistema de caixa d'água superior e inferior com indicações.
A seguir, temos indicações de tanques vazios, cheios e vazios inferiores. Existe um tipo comum de circuito conhecido como polarização de emissor de transistor para todas essas três indicações. As entradas básicas dos transistores são conectadas aos respectivos terminais TE, TF e LTE dos dois circuitos acima. Quando o tanque (superior ou superior) fica vazio, a saída TE fica alta, então o LED VERMELHO do tanque vazio acende para indicar que o tanque superior está vazio. Quando o tanque superior está cheio de água, a produção é baixa. O LED VERDE do transistor PNP acende para indicar que o tanque superior está cheio.
A saída LTE aumenta quando o tanque inferior está vazio, então o LED VERMELHO vazio brilha para indicar que o tanque inferior está vazio.
