Projeto para alarme de automóvel em condições indesejadas

Bruno Carvalho Magalhães
Giovanna Miriam Dos Reis Castro
Pedro Henrique Ázara de Almeida

Disciplina: Projetos em Eletrônica Digital

Lavras - MG, Fevereiro de 2025

Índice

Resumo
Introdução
Metodologia
Portas Lógicas Utilizadas
Tabela Verdade
Mapa de Karnaugh e Expressão Booleana
Implementação com Portas Lógicas
Implementação com Flip-Flop JK
Resultados e Discussão
Conclusão
Bibliografia
Anexos

Resumo

O experimento consiste no desenvolvimento de um sistema de alarme automotivo que monitora três condições principais: o estado da porta do motorista, a ignição e os faróis. O objetivo é ativar um LED de alarme sempre que uma condição indesejada for detectada, como faróis ligados com a ignição desligada ou porta aberta com a ignição ligada. O projeto foi implementado utilizando portas lógicas básicas (AND, OR, NOT) e um Flip-Flop JK para garantir a confiabilidade do sistema. Os resultados obtidos foram consistentes com a tabela verdade a partir da expressão booleana derivada, demonstrando a eficácia do circuito proposto.

Introdução

A segurança veicular é uma preocupação crescente, especialmente com o aumento de furtos e roubos de automóveis. Sistemas de alarme automotivo são essenciais para proteger veículos contra acessos não autorizados e condições de uso inadequadas. Este projeto visa desenvolver um circuito de alarme que detecta situações indesejadas, como faróis ligados com a ignição desligada ou porta aberta com a ignição ligada, ativando um alarme para alertar o usuário.

O circuito foi projetado utilizando conceitos fundamentais de eletrônica digital, como tabelas verdade, Mapas de Karnaugh e portas lógicas. Veja o diagrama do circuito na figura abaixo, que inclui três entradas: Porta (P), Ignição (I) e Faróis (F). O alarme é ativado quando uma das condições indesejadas é detectada, conforme descrito na tabela verdade.

Figura 1: Diagrama do circuito de alarme automotivo.

Descrição do Circuito

O circuito possui três entradas:

Porta (P): Aberta (1) ou Fechada (0)
Ignição (I): Ligada (1) ou Desligada (0)
Faróis (F): Ligados (1) ou Desligados (0)

O alarme é ativado quando:

Os faróis estão ligados (F = 1) e a ignição está desligada (I = 0).
A porta está aberta (P = 1) e a ignição está ligada (I = 1).

Metodologia

Materiais

Multímetro
Protoboard
Jumpers
Fonte 5V
Porta lógica AND
Porta lógica OR
Porta lógica NOR
Flip-Flop JK
Resistores 220 Ω, 10 kΩ, 110 Ω

Procedimento Experimental

Definição das variáveis de entrada:
- P: Porta do motorista (0: Aberta, 1: Fechada)
- I: Ignição (0: Desligada, 1: Ligada)
- F: Faróis (0: Desligados, 1: Ligados)
Criação da tabela verdade, que mostra todas as combinações possíveis das entradas e a saída desejada (Alarme).
Obtenção da expressão booleana utilizando o Mapa de Karnaugh.
Implementação do circuito lógico utilizando portas AND, OR e NOR.
Montagem do circuito na protoboard e teste do funcionamento.
Implementação do Flip-Flop JK para construir um switch para cada uma das entradas (F, I, P).

Portas Lógicas Utilizadas

Porta AND

A porta AND (A · B) só retorna 1 quando todas as entradas são 1; caso contrário, a saída será 0.

Tabela verdade da porta AND
Entrada `A`	Entrada `B`	Saída `A · B`
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Figura 2: Porta Lógica AND, C = A * B

Porta OR

A porta OR (A + B) retorna 1 se pelo menos uma das entradas for 1.

Tabela verdade da porta OR
Entrada `A`	Entrada `B`	Saída `A + B`
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Figura 3: Porta Lógica OR, C = A + B

Porta NOT

A porta NOT (¬X) inverte o sinal lógico: se a entrada for 1, a saída será 0 e vice-versa.

Tabela verdade da porta NOT
Entrada (`X`)	Saída (`¬X`)
0	1
1	0

Figura 4: Porta Lógica NOT

Porta NOR

A porta NOR combina a operação OR seguida de uma inversão, retornando 1 somente se todas as entradas forem 0.

Figura 5: Porta Lógica NOR

Tabela Verdade

A tabela verdade do sistema é definida como:

Porta (`P`)	Ignição (`I`)	Faróis (`F`)	Alarme (`A`)
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	0
1	0	1	1
1	1	0	1
1	1	1	1

Mapa de Karnaugh e Expressão Booleana

O mapa de Karnaugh correspondente é mostrado na tabela abaixo, permitindo encontrar a expressão simplificada da função lógica do alarme.

A expressão booleana simplificada obtida a partir do mapa de Karnaugh para a saída do alarme é:

A = PI + F¬I

Onde:

¬I representa a negação da ignição;
F indica os faróis ligados;
P indica a porta aberta.

Implementação com Portas Lógicas

A equação booleana pode ser implementada utilizando portas lógicas (AND, OR e NOT), conforme ilustrado no diagrama abaixo.

Figura 6: Diagrama lógico do circuito.

Elementos utilizados:

Porta NOT para inverter a entrada I.
Portas AND para calcular F¬I e PI.
Porta OR para combinar os resultados das portas AND.

Implementação com Flip-Flop JK

Para aumentar a confiabilidade, foi utilizado um Flip-Flop JK para armazenar o estado do alarme. A tabela de transição do Flip-Flop JK é apresentada a seguir:

J	K	Q(n)	Q(n+1)
0	0	Q	Q
0	1	Q	0
1	0	Q	1
1	1	Q	¬Q

O Flip-Flop é acionado para manter o alarme ativado até que a condição de perigo seja resolvida, funcionando como um dispositivo de armazenamento de dados para implementar lógica sequencial. A saída ¬Q do Flip-Flop JK foi conectada à entrada J e sua negação à entrada K, permitindo que o Flip-Flop opere como um switch controlado pela entrada Clock. (Observação: a porta NOT também foi implementada utilizando uma porta NOR, aproveitando o fato de que conectar a mesma entrada em uma porta NOR resulta em sua inversão.)

Figura 7: Diagrama da lógica de funcionamento do Flip-Flop JK.

Resultados e Discussão

Resultados

O circuito de alarme automotivo foi testado em diversas condições, conforme a tabela verdade. Os resultados obtidos foram consistentes com o esperado, demonstrando que o circuito funciona corretamente para todas as combinações de entrada. O uso do Flip-Flop JK garantiu que o alarme permanecesse ativado até que a condição de perigo fosse resolvida, aumentando a confiabilidade do sistema.

Vídeo que mostra o funcionamento básico das situações

Figura 8 : Circuito e sua montagem na protoboard

Figura 9: Base do circuito sem os Flip-Flops para o funcionamento do alarme

Discussão

O projeto apresentou desafios, como a necessidade de evitar a ativação do alarme em condições normais de uso do veículo. A simplificação da expressão booleana utilizando o Mapa de Karnaugh foi essencial para reduzir a complexidade do circuito e garantir sua eficiência. O emprego de portas lógicas básicas e do Flip-Flop JK mostrou-se adequado para a implementação do botão switch no sistema de alarme.

Figura 10: Funcionamento do Flip-Flop J-K para um do tipo D, para funcionar como botão switch

Conclusão

O circuito de alarme para automóvel foi projetado e implementado com sucesso, utilizando portas lógicas AND, OR e NOT para detectar as condições de ativação do alarme. O circuito demonstrou funcionamento de acordo com a tabela verdade e a expressão booleana derivada. Este projeto exemplifica a aplicação prática de conceitos de eletrônica digital para resolver problemas de engenharia.

Para aprimorar o projeto, uma possível melhoria seria a fabricação de uma Placa de Circuito Impresso (PCB), o que tornaria as conexões mais organizadas, confiáveis e menos suscetíveis a falhas. A utilização da protoboard, embora prática para testes iniciais, apresenta desafios como fuga de corrente devido ao grande número de jumpers, impactando a estabilidade do sistema.

Além disso, o projeto pode ser aprimorado com a integração de um temporizador utilizando o CI 555, em conjunto com um buzzer, permitindo um alarme sonoro com duração controlada. No modo astável, o CI 555 também possibilitaria a variação da frequência do som, tornando o alerta mais perceptível e eficiente.

Bibliografia

Anexos

Figura 11: Datasheet da porta lógica OR

Figura 12: Datasheet da porta lógica AND

Figura 13: Datasheet do Flip-Flop J-K

Figura 14: Datasheet da porta lógica NOR

Projetos de Física Experimental - UFLA

domingo, 9 de fevereiro de 2025

Alarme para automoveis em condições indesejadas