Hoje é muito fácil comprar um sistema de rádio controle pronto, com vários canais e tecnologia de 2,4 GHz.
Mas existe outra forma muito interessante de entender como o rádio controle funciona:
construir o próprio controle remoto.
Foi exatamente o que fiz neste projeto.
Montei um controle remoto monocanal, com transmissor e receptor construídos especificamente para a experiência. O sistema utiliza modulação por tom, transmite em FM e, na configuração que construí, alcançou aproximadamente 100 metros.
Depois utilizei o circuito para controlar uma pequena lancha com dois motores.
E o mais interessante é que ela não possui leme.
O que significa um controle remoto monocanal?
Monocanal significa que temos apenas um comando sendo transmitido.
Nos rádios modernos utilizados em aeromodelismo, automodelismo e nautimodelismo, podemos ter vários canais independentes.
Um canal pode controlar:
acelerador;
outro:
direção;
outro:
luzes;
e assim por diante.
Neste projeto, entretanto, temos apenas dois estados:
botão solto
ou
botão pressionado.
Apesar da simplicidade, isso já é suficiente para controlar o pequeno barco.
O transmissor possui apenas um botão
O transmissor que construí é extremamente simples do ponto de vista da utilização.
Existe somente um push-button.
Quando pressionamos o botão:
o transmissor liga → gera um tom → transmite o sinal em FM.
Quando soltamos:
o tom deixa de ser transmitido e o circuito desliga.
Eu nem coloquei um interruptor separado para alimentação. O próprio push-button alimenta o circuito durante o acionamento. Assim, quando não estamos transmitindo, praticamente não existe consumo do transmissor.
Por que utilizar um tom?
Precisamos de alguma maneira de fazer o receptor distinguir a presença do nosso comando.
Nesse projeto, a solução foi utilizar um tom de áudio.
Podemos representar o princípio assim:
Botão
↓
Gerador de tom
↓
Transmissor FM
↓
Ondas de rádio
↓
Rádio FM
↓
Detector/acionador por tom
↓
Transistor
↓
Relé
O tom funciona como o sinal que informa ao circuito receptor:
“o botão está pressionado.”
O transmissor trabalha na faixa de FM
O controle que desenvolvi funciona utilizando a frequência de FM comercial.
Isso permitiu aproveitar uma característica muito interessante no lado do receptor:
utilizar um rádio FM comum para receber o sinal.
Em vez de construir do zero toda a etapa de recepção de radiofrequência, aproveitei o próprio rádio.
Por que utilizar um rádio FM como receptor?
Um rádio FM comercial já possui praticamente toda a eletrônica necessária para receber um sinal de rádio.
Ele possui:
antena;
circuito de sintonia;
amplificação de RF;
demodulação;
saída de áudio.
Além disso, rádios comerciais costumam apresentar boa sensibilidade.
Foi justamente essa sensibilidade que aproveitei para aumentar o alcance do sistema.
Em vez do alto-falante, entra nosso circuito
Normalmente, o rádio recebe a transmissão FM e envia o áudio para o alto-falante.
No meu projeto fiz algo diferente.
A saída de áudio que iria para o alto-falante foi utilizada para alimentar o circuito acionador por tom.
Assim:
Rádio recebe o sinal
↓
Demodula o FM
↓
Recupera o tom
↓
Circuito detecta o tom
↓
Transistor é acionado
↓
Relé comuta
Essa é a parte central do receptor.
O relé transforma o sinal em uma ação
O sinal recebido pelo rádio é pequeno.
Não podemos simplesmente utilizá-lo diretamente para controlar qualquer carga.
Por isso existe um circuito intermediário.
O tom aciona um transistor e esse transistor permite a comutação de um relé.
O relé funciona como uma chave controlada eletricamente.
Assim podemos utilizar o pequeno sinal proveniente do receptor para alterar um circuito de potência separado.
O transistor funciona como interface
Essa é uma aplicação clássica do transistor.
Temos:
pequeno sinal de controle
↓
transistor
↓
corrente necessária para acionar o relé
O transistor permite que o circuito detector controle uma carga que exige uma corrente maior do que aquela disponível diretamente em sua saída.
Esse princípio aparece em inúmeros projetos eletrônicos.
E o relé possui contatos
Quando a bobina do relé é energizada, seus contatos mudam de posição.
Dependendo do relé utilizado, podemos ter contatos:
NA — normalmente aberto
e
NF — normalmente fechado.
Isso permite criar uma lógica muito interessante.
Com o relé desligado:
circuito A está ativo.
Com o relé ligado:
circuito B está ativo.
Foi exatamente essa característica que aproveitei no barco.
Circuito do Transmissor e do Receptor
Na imagem abaixo a placa de CI que projetei já está dentro da caixinha patola.
Na outra imagem podemos o receptor. A parte superior é o rádio FM. O circuito agregado na parte debaixo do rádio FM é o acionador por tons.
O transmissor tem somente 1 único botão, onde ao ser pressionado o tom é enviado via FM. Ao ser liberado o tom deixa de ser enviado ao receptor. Todo o conjunto foi instalado em uma caixinha de plástico com o push-button para ser acionado. Não coloquei interruptor na alimentação já que o próprio push-button é que liga a alimentação. Assim sendo em estado normal nenhuma corrente circula pelo circuito. Como estamos trabalhando na frequência de FM há necessidade de antena com um tamanho razoável para não prejudicar o alcance. Uma antena de até 50 centímetros funcionará bem. Antenas maiores irão fazer com que ocorram instabilidades na transmissão.
O transmissor é alimentado por pilhas
Como o consumo do transmissor é baixo, utilizei pilhas pequenas para alimentá-lo.
No projeto original indiquei que o circuito funciona bem com alimentação de até aproximadamente 6 V.
A tensão influencia o funcionamento do estágio transmissor e pode afetar o alcance, mas alterações devem permanecer dentro dos limites dos componentes e do projeto.
A placa foi construída especificamente para o projeto
Depois de testar o circuito, desenvolvi uma placa de circuito impresso para o transmissor.
Na página original é possível ver a placa já instalada dentro de uma pequena caixa plástica.
Isso é uma etapa muito interessante de qualquer projeto eletrônico.
Começamos com:
ideia
↓
circuito
↓
teste
↓
placa
↓
caixa
↓
equipamento funcional.
É quando aquele conjunto de componentes começa realmente a parecer um produto.
Uma caixa protege o circuito
Colocar o transmissor em uma caixa não serve apenas para melhorar a aparência.
Ela também protege:
placa;
soldas;
fiação;
alimentação.
Além disso, permite instalar adequadamente:
push-button
e
antena.
A antena é importante
Como estamos trabalhando com radiofrequência, a antena possui influência direta no desempenho.
No projeto utilizei uma antena de até aproximadamente 50 cm.
Nos testes que fiz, comprimentos maiores acabavam produzindo instabilidades na transmissão.
Isso mostra uma coisa importante:
uma antena maior não significa automaticamente maior alcance.
Antenas dependem da frequência
O comportamento de uma antena está relacionado ao comprimento de onda do sinal transmitido.
A relação básica é:
λ = c / f
onde:
λ = comprimento de onda
c = velocidade da luz
f = frequência.
Por isso, sistemas de rádio utilizam antenas dimensionadas considerando a faixa de frequência de operação.
Não é simplesmente colocar o maior pedaço de fio possível.
O alcance ficou em torno de 100 metros
Na configuração que construí, o controle apresentou alcance da ordem de 100 metros.
Para um pequeno barco experimental, é uma distância bastante interessante.
Mas esse valor deve ser entendido como resultado daquela montagem.
O alcance de um sistema de rádio depende de vários fatores, como:
potência do transmissor;
antena;
sensibilidade do receptor;
interferências;
obstáculos;
condições de propagação.
Hoje é importante considerar também a regulamentação
Esse projeto é interessante principalmente do ponto de vista histórico, didático e experimental.
Transmissores de radiofrequência devem respeitar as regras aplicáveis à faixa utilizada no país onde serão operados.
Portanto, antes de reproduzir um transmissor FM, é necessário verificar as normas atuais sobre potência, frequências e equipamentos permitidos.
Para uma experiência moderna, também existem módulos de RF próprios para comunicação digital que simplificam bastante essa parte.
O receptor ficou ainda mais curioso
No receptor, a parte superior era basicamente o próprio rádio FM.
Abaixo dele instalei o circuito adicional responsável pelo acionamento através do tom.
Isso significa que não precisei construir um receptor FM completo.
Aproveitei um equipamento existente e acrescentei a inteligência necessária para transformar áudio em comando.
Essa é uma excelente filosofia para projetos DIY
Nem sempre precisamos construir absolutamente tudo do zero.
Podemos pensar:
“qual parte do problema já existe pronta?”
Neste caso:
receber FM e transformar em áudio
já era algo que um rádio fazia muito bem.
Então concentrei o projeto naquilo que faltava:
transformar o tom recebido em uma ação elétrica.
Mas onde entra a lancha?
Depois de construir o controle, precisava de alguma coisa para testar.
Utilizei um pequeno barco que já possuía há muitos anos.
Originalmente ele veio como um kit para construção de um barco em balsa com casco plástico. O projeto original previa propulsão com motor a elástico.
Naturalmente, eu resolvi modificar isso.
Em vez do elástico, coloquei motores elétricos
Primeiro veio a ideia:
“vou colocar um motor elétrico.”
Mas acabei colocando:
dois motores.
Isso criou a possibilidade de controlar a trajetória sem utilizar um leme convencional.
E foi justamente aí que o controle monocanal encontrou sua aplicação.
O barco não possui leme
Normalmente esperamos encontrar algo assim:
motor → propulsão
e
servo + leme → direção.
Neste barco fiz diferente.
Não existe leme.
A alteração da trajetória acontece através da seleção entre os dois motores.
Um dos motores está sempre funcionando
A lógica utilizada é extremamente simples:
um dos dois motores está sempre ligado.
Quando o botão do transmissor está em uma posição:
Motor A funciona
e:
Motor B fica desligado.
Quando pressionamos o botão:
Motor A desliga
e:
Motor B liga.
O relé faz essa seleção
Agora conseguimos perceber por que o relé é tão útil.
Se utilizarmos adequadamente seus contatos normalmente aberto e normalmente fechado, podemos criar:
relé desenergizado → Motor A
relé energizado → Motor B
Assim, o único comando enviado pelo transmissor é suficiente para escolher qual motor ficará ligado.
E como o barco faz curvas?
Imagine dois motores posicionados em lados diferentes do barco.
Se apenas um deles estiver produzindo propulsão, surge uma tendência de giro.
Quando selecionamos o outro motor, o sentido da curva muda.
Portanto:
Motor esquerdo → barco tende para um lado
Motor direito → barco tende para o outro.
Não precisamos de servo.
Não precisamos de leme.
Existe uma consequência curiosa
Como um dos motores está sempre funcionando e o barco não possui leme, ele não consegue simplesmente seguir em linha reta de maneira convencional.
Seu deslocamento acontece através de sucessivas correções.
O resultado é uma trajetória parecida com um:
zigue-zague.
E isso é justamente parte da graça desse projeto.
Para pilotar, precisamos ficar alternando o comando
Imagine:
botão solto → curva para um lado
Depois:
botão pressionado → curva para o outro
Depois:
solta novamente → volta para o primeiro lado.
Fazendo essas alternâncias no momento correto, conseguimos direcionar aproximadamente o barco para onde queremos.
É uma forma muito rudimentar de controle proporcional.
Mas funciona.
Isso mostra quanto um único bit de informação consegue fazer
Do ponto de vista lógico, nosso controle possui praticamente dois estados:
0
e
1.
Mesmo assim conseguimos controlar uma trajetória.
É uma demonstração muito interessante de como a inteligência pode estar não apenas na quantidade de comandos disponíveis, mas também na maneira como construímos a mecânica e a lógica do sistema.
Compare com um rádio proporcional moderno
Em um sistema atual, poderíamos ter:
stick em posição intermediária → leme parcialmente deslocado
ou:
stick totalmente deslocado → leme no limite.
Isso é controle proporcional.
No monocanal temos apenas:
liga/desliga.
Apesar dessa limitação, durante décadas sistemas simples desse tipo tiveram importância no desenvolvimento do rádio controle.
Também reformei visualmente o barco
Como aquele barco já possuía alguns anos, aproveitei o projeto para dar uma renovada nele.
A parte superior originalmente era branca.
Depois fiz um novo acabamento utilizando fita adesiva de entelagem, deixando a parte superior com aparência prateada.
Isso mostra outro aspecto interessante do modelismo:
um projeto nunca precisa estar definitivamente terminado.
Modelos antigos podem ganhar vida nova
Um barco que estava parado pode receber:
motor novo;
eletrônica nova;
bateria nova;
acabamento novo;
controle novo.
Em vez de descartar um modelo antigo, podemos transformá-lo em uma plataforma para novas experiências.
Foi exatamente o que aconteceu aqui.
O mesmo controle poderia ser utilizado em um carrinho
O circuito não depende especificamente de um barco.
No próprio projeto original sugeri que o mesmo controle monocanal poderia ser utilizado para construir um carrinho de controle remoto.
A lógica poderia ser adaptada de várias maneiras.
Por exemplo:
estado A → motor/direção A
estado B → motor/direção B.
A limitação é justamente possuir apenas um comando.
Também poderíamos controlar outras coisas
Do ponto de vista eletrônico, o receptor simplesmente produz uma mudança de estado quando recebe o tom.
Isso poderia ser utilizado experimentalmente para comandar:
luzes;
pequenos motores;
sinalizadores;
mecanismos;
outros circuitos.
Naturalmente, a carga deve ser compatível com o relé e com o estágio de potência utilizado.
O relé não deve alimentar qualquer motor diretamente
Antes de conectar um motor aos contatos, precisamos verificar:
tensão do motor;
corrente normal;
corrente de partida;
capacidade dos contatos do relé.
Motores podem apresentar correntes de partida muito maiores do que o consumo observado quando já estão girando.
Por isso, dimensionamento é importante.
Na imagem abaixo já dá para ver toda a área superior recoberta.
Motores também produzem interferência
Motores DC com escovas podem gerar bastante ruído elétrico.
Em um projeto que também possui receptor de rádio, isso merece atenção.
Dependendo da montagem, podem ser utilizados capacitores de supressão e outras técnicas para reduzir interferências.
Também é interessante manter a fiação dos motores organizada e evitar posicioná-la desnecessariamente junto à antena.
O diodo de proteção do relé é importante
Quando utilizamos um transistor para acionar a bobina de um relé, normalmente precisamos considerar a tensão produzida pela própria bobina quando sua corrente é interrompida.
Um diodo de roda livre corretamente instalado pode proteger o transistor contra esse transiente.
Esse pequeno componente é extremamente importante em circuitos com cargas indutivas.
Podemos começar testando somente transmissor e receptor
Antes de colocar tudo dentro do barco, é muito melhor testar os blocos separadamente.
Primeiro:
pressione o botão.
Veja se o transmissor funciona.
Depois:
sintonize o receptor.
Confira se o tom está sendo recebido.
Depois:
verifique o acionamento do transistor.
Depois:
confira o relé.
Somente então conecte os motores.
Essa abordagem facilita encontrar problemas
Se montarmos tudo ao mesmo tempo e nada funcionar, teremos muitas possíveis causas.
Pode ser:
transmissor;
frequência;
antena;
rádio;
detector;
transistor;
relé;
alimentação;
motor.
Quando testamos cada bloco individualmente, o diagnóstico fica muito mais fácil.
Podemos enxergar o projeto como blocos funcionais
Essa é uma forma muito útil de aprender eletrônica.
Em vez de olhar para um esquema cheio de componentes, dividimos o sistema:
1. Geração do comando
2. Geração do tom
3. Transmissão
4. Recepção
5. Detecção
6. Amplificação/chaveamento
7. Relé
8. Motor
Quando entendemos a função de cada bloco, o circuito inteiro deixa de parecer complicado.
O projeto ensina rádio e eletrônica ao mesmo tempo
Apesar da simplicidade do controle, existem vários conceitos interessantes envolvidos:
radiofrequência;
FM;
modulação;
tom de áudio;
transistor;
relé;
antena;
motores DC;
alimentação.
E todos esses conceitos aparecem em um sistema que conseguimos ver funcionando fisicamente.
Construir o próprio controle muda a maneira de enxergar o rádio controle
Quando utilizamos um rádio comercial moderno, apertamos um botão ou movimentamos um stick e o modelo responde.
Existe uma enorme quantidade de tecnologia escondida no processo.
Construir um sistema extremamente simples como este ajuda a decompor aquilo que está acontecendo:
eu gero uma informação
↓
transformo essa informação em um sinal
↓
transmito pelo ar
↓
recebo o sinal
↓
identifico a informação
↓
transformo novamente em uma ação física.
Isso é controle remoto em sua essência.
E tudo começou com um único botão
Esse talvez seja o aspecto mais interessante do projeto.
O transmissor possui apenas:
um botão.
Mesmo assim consegui:
transmitir um comando por FM;
recebê-lo com um rádio comum;
detectar o tom;
acionar um transistor;
comutar um relé;
selecionar entre dois motores;
controlar a trajetória de um barco.
É um ótimo exemplo de como um circuito relativamente simples pode produzir um resultado muito divertido.
Veja o controle remoto e a lancha funcionando
Na página original mostro os circuitos do transmissor e do receptor, a placa que projetei já instalada na caixa e o receptor construído a partir de um rádio FM com o circuito acionador por tons.
Também mostro o pequeno barco que originalmente utilizava propulsão por elástico e que adaptei para trabalhar com dois motores elétricos. A seleção entre eles é feita pelo único botão do transmissor, fazendo a lancha navegar em uma trajetória de zigue-zague.
É um projeto antigo e muito simples quando comparado aos sistemas de rádio controle atuais.
Mas justamente por isso ele é extremamente didático:
podemos enxergar e compreender praticamente cada etapa do processo de controle remoto.
Quer entender melhor a eletrônica por trás do rádio controle?
Projetos como este ajudam a perceber que um sistema RC não é uma “caixa preta”.
Por trás do controle existem conceitos como:
transmissores e receptores;
sinais;
transistores;
relés;
motores;
alimentação;
controle elétrico.
A proposta é desenvolver conhecimento para entender, montar, adaptar e diagnosticar sistemas utilizados no rádio controle, indo além de simplesmente conectar equipamentos prontos.