terça-feira, 31 de maio de 2016

Jogo da velha... eletrônico?

Bom, não necessariamente eletrônico. Tá mais pra chaveamento elétrico mas, e daí? Se funciona, que seja do modo menos complicado possível.
A ideia surgiu depois de ver uma postagem do Blog do Picco sobre a querida e saudosa revista Divirta-se com a Eletrônica do saudoso Bêda Marques e turma, mais especificamente a revista número 01, a partir da página 14, onde trazia o projeto do Jogo da Velha. Numa primeira leitura pareceu complicado mas depois relembrando as regras do jogo fica menos complicado entender como deve funcionar o circuito. Daí o Macagnan colocou na cabeça que iria montar um desses. Bom, então o jeito é adquirir os materiais. Vejamos a lista (resumida) de materiais do projeto original:
  • Nove leds verdes
  • Nove leds vermelhos 
  • Dezoito chaves H-H miniatura
  • Duas pilhas grandes
  • Suporte para duas pilhas grandes
  • Dezoito resistores de 100 ohms
E os demais apetrechos necessários (caixa para a montagem, fios, parafusos e porcas, soldador, solda, fita isolante e etc...).

 Vamos começar pelos leds e por sua alimentação. Usar duas pilhas grandes com suporte não seria muito prático pelo fato de serem volumosas e conforme o modelo e qualidade do suporte, se deslocariam facilmente podendo causar mau funcionamento do brinquedo. Por que não usar baterias de 9 volts? São mais leves que duas pilhas grandes, compactas, fáceis de fixar e fáceis de instalar e trocar. E assim ficou decidido pela bateria de 9 volts como alimentação do circuito:

Vamos usar apenas uma destas baterias, ok?
Alterada a tensão de alimentação do circuito, deve-se calcular novamente o valor dos dezoito resistores originalmente de 100 ohms, que irão rebaixar os 9 volts da bateria para um valor de tensão que não provoque a queima do led. Vamos para a internet procurar uma calculadora para isso (já que o Macagnan estava com preguiça de realizar os cálculos à mão). Sabendo-se o valor do maior resistor, o valor comercial mais próximo foi o de 470 ohms, que atenderia aos leds agora alimentados por 9 volts:

Resistores adequados para o trabalho em 9 volts
Epa, mas na lista da revista tinham dezoito resistores e na foto tem vinte! Não tá errado, Macagnan?
Calma, o Macagnan comprou dois a mais (vai que dá problema, tem que ter uma reserva...) pelo fato do vendedor dos leds (no Mercado Livre, pra variar) anunciava pacotes com dez leds mais resistores para venda. Daí o Macagnan adquiriu dois pacotes. Um com dez leds verdes:

Leds 3 mm de alto brilho verdes
Outro com dez leds azuis, para dar um contraste maior:

Leds 3 mm de alto brilho azuis
Leds e resistores à mão, a primeira ideia do Macagnan era montar o circuito em uma placa universal de circuito impresso e depois fazer um gabarito com a posição dos leds para fazer a furação na caixa que iria abrigar o jogo. Mas como essa história de gabarito nem sempre dá certo para o Macagnan e ficaria feio uma caixa com os furos dos leds fora de posição, o jeito foi partir para o plano B: posicionar os leds primeiro e depois ligá-los às chaves. Então vamos preparar os leds: soldar o resistor e um par de fios em cada um dos vinte leds. Peraí! Vinte leds? Por que se são usados só dezoito? Pelo seguinte: Se você já preparou dezoito, o que custa preparar mais dois? Sem falar que, depois de prontos, não tem como perder só o led ou o resistor!

Como se sabe, leds são polarizados, ou seja, tem jeito certo de serem ligados para que funcionem, diferentemente das lâmpadas. Geralmente a maioria dos leds segue um padrão assim:

Senhoras e senhores, o LED!
Dentro do led há um terminal mais longo e outro mais curto. Geralmente o mais longo é o terminal negativo (cátodo) e o outro o positivo (ânodo). O led só irá acender se a tensão chegar pelo terminal positivo e sair pelo negativo, caso isto seja invertido, o led não acende nem por decreto! Aqui cabe uma discussão rápida e interessante: em muitos circuitos veremos o resistor limitador ligado ao positivo do led e em outros ligado ao negativo do led. Supondo-se que o led seja alimentado corretamente, como é correto ligar o resistor ao led? No terminal positivo, onde a tensão estaria chegando ou no negativo onde a tensão estaria saindo do led? A resposta é: FUNCIONA DA MESMA MANEIRA! O Macagnan prefere (e isso é uma preferência pessoal) soldar o resistor no ânodo para limitar a tensão já na entrada do led e também para identificar o terminal positivo do led. Deve ficar mais ou menos assim:

Led quase pronto
Para garantir que tudo está funcionando corretamente e que nenhum led foi soldado invertido, o Macagnan realizava um teste logo após terminar a soldagem de cada led:

Muito bom! Nada explodiu e nenhum led queimou.
Reaproveitando fios de uma fonte de computador queimada, o Macagnan montou um chicote para cada led. O fio preto foi soldado ao cátodo (negativo) do led e os fios vermelhos e amarelos aos resistores dos leds, para distinguir os leds de cores diferentes na hora da montagem:

Leds já prontos e agrupados por cores
Depois dessa trabalheira toda, falta apenas isolar os terminais dos leds para não encostarem um no outro e provocar um curto-circuito que fará com que o led não acenda e descarregue a bateria mais rápido do que o esperado.

Prontos os leds vamos ao próximo item: dezoito chaves H-H miniatura. Dezoito? Hã? Sim, o projeto original do jogo tem dezoito dessas chaves:

Eis a danadinha aí!
E olhando o esquema original do jogo na página 18 observa-se que só é usada meia chave, ou seja, somente o terminal central e um terminal lateral. Isso dá uma chave para cada led. E analisando melhor o circuito e a sugestão de montagem da revista, existe a chance de ocorrer o acendimento dos dois leds em uma mesma posição (o equivalente a colocar um X e um O no mesmo quadrado na versão de papel do jogo da velha). Sem falar que dezoito dessas chaves encareceriam demais o projeto. Ademais, estas chaves nem sempre possuem resistência física para suportarem acionamento repetitivo podendo, conforme a frequência de uso, apresentarem desgaste e travamentos mecânicos. Mas o que incomodava o Macagnan era o preço e a possibilidade de acionamento dos dois leds no mesmo quadrado. Como eliminar isso? Bem, para reduzir o custo não havia outro jeito a não ser diminuir a quantidade de chaves. Já para eliminar a possibilidade do acionamento incorreto dos leds, deveria existir um meio de se bloquear um led ao se acionar outro. Mas como fazer isso sem acrescentar mais componentes extras? Utilizar o outro lado da chave H-H para acionar o outro led? Isso resolveria o problema do acionamento dos dois leds ao mesmo tempo e reduziria pela metade a quantidade de chaves mas... Tinha que ter um "mas" na história!

UM DOS LEDS SEMPRE FICARIA ACESO! Por quê? Porque essa chave sempre mantém o terminal central em contato com um dos dois terminais laterais, logo sempre haverá um led alimentado e aceso. Putz! e agora? Daí o Macagnan lembrou de uma chave com a qual tinha lidado uma vez e que podia ser a solução definitiva:

Essa foi a "salvação da lavoura"!
Este tipo de chave existe, além deste tipo (alavanca), também dos tipos gangorra (tecla) e deslizante (parecida com a H-H). O que tem essa chave de tão especial? É que esta chave, além de manter contato entre os terminais central e laterais quando acionada a alavanca para um lado ou outro, também pode ficar parada na posição central, onde não mantém contato com nenhum outro terminal, ou seja, fica "desligada" na posição central. Esta chave é mais conhecida como chave on-off-on. Agora ficou fácil: ligando-se os fios coloridos dos dois leds de um mesmo quadrado na mesma chave elimina-se a possibilidade de acionamento dos dois leds ao mesmo tempo e reduz-se a quantidade de chaves (e o custo). Então vamos adquirir adquirir nove dessas (dessa vez o Macagnan adquiriu o número exato porque a grana tava escassa):

Que belezinhas!
Não é necessário mas o Macagnan inventou de colocar uma chave liga-desliga com um led vermelho preparado como os outros, só para o caso de se esquecer o jogo ligado com algum led acionado. Uma simples chave gangorra foi o suficiente:

Temos uma chave geral!
Com a maioria dos componentes já prontos para a montagem era hora de pensar na caixa. A ideia era de algo que fosse de tamanho suficiente para abrigar os componentes com uma certa folga e que não fosse tão grande nem alta demais. A solução foi uma caixa em MDF de aproximadamente 17cm x 17 cm, comprada pronta (aquelas caixas que o pessoal compra em MDF cru depois pinta e faz trabalhos artísticos):

Será que vai caber tudo aí dentro?
A tampa serviu de painel de chaves e de tabuleiro para os leds. Depois de um bom tempo rascunhando em papel, hora de calcular a distância e a disposição das chaves e leds, determinar os centros para furação e o tamanho das brocas, o Macagnan chegou a este layout:

Já tá tomando cara de brinquedo
Os pares de furos na parte superior são para os leds, os furos maiores na parte inferior são para as chaves e ao lado à direita o buraco para a chave geral e o led. A pintura ficou a cargo da Dona Esposa Chefa da Casa:

Dona Esposa caprichando!
Depois da pintura, foi feita a marcação da grade do jogo e os X e O acima dos furos dos leds correspondentes e o envernizamento da caixa. Hora de prender as chaves (muita paciência e jeitinho para não danificar as chaves) na caixa de modo que a alavanca deslize na horizontal ao ser acionada:

Chaves devidamente posicionadas e presas em seus lugares
Hora de posicionar a chave geral: foi só deslizar pelo buraco e conferir se as travas estavam bem posicionadas, firmando a chave na tampa da caixa:

Chave geral já em seu lugar
Hora de prender os leds no lugar para que não caiam da tampa. Nesta hora entram em ação os fios coloridos que soldamos aos leds para distinguir as cores dos mesmos. O Macagnan teve que usar, nesta etapa, a pistola de cola quente para fixar os leds por dentro da tampa. A sequência de leds foi montada dessa forma, com a tampa virada:

AZ  VD    AZ  VD     AZ  VD
 
AZ  VD     AZ  VD     AZ  VD

AZ  VD     AZ  VD     AZ  VD

onde AZ = led azul e VD = led verde. Desta forma, ao desvirar a tampa da caixa, o Macagnan configurou os leds verdes para X e os azuis para O. Hora de soldar os leds às chaves! Mas antes, como já havia acontecido uma vez, o Macagnan resolveu testar as chaves com um multímetro para acertar a forma de mover a alavanca da chave para o mesmo lado em que o led se acenderia. Deslocou uma chave para a esquerda como se fosse acender o led verde e, com o multímetro na escala de continuidade, colocou uma ponta de prova no terminal central da chave e com a outra ponta encostou em um e outro terminal lateral até um deles apresentar continuidade. Dessa forma o Macagnan descobriu que estas chaves trabalhavam de forma invertida: se acionada a alavanca para a esquerda, a chave ligava o terminal da direita ao terminal central. Dessa forma ficou fácil realizar as ligações corretas dos leds: ao virar a tampa de novo para baixo, o primeiro led azul do grupo à esquerda e acima tem seu fio colorido soldado ao terminal da direita da primeira chave à esquerda da primeira linha de chaves. O led verde desse mesmo grupo tem o seu fio colorido soldado ao terminal da esquerda da mesma chave e assim sucessivamente com todas outras chaves, soldando os leds cruzados às chaves correspondentes (o led à esquerda no terminal da direita da chave e o led à direita no terminal da esquerda). Este é o ponto crucial da montagem pois, se alguma ligação for invertida, o comportamento dos leds será diferente do esperado. O fio preto dos leds ainda não será ligado neste passo.
Repare que não soldamos nada ainda ao terminal central das chaves. É nele que iremos ligar o fio que vai ao pólo positivo da bateria. Para isso usaremos um pedaço grande de fio, decapamos e estanhamos sua ponta e a soldamos ao terminal central da chave mais à direita da primeira linha de chaves, deixamos uma folga no fio, medimos e decapamos o fio para soldá-lo ao terminal central da próxima chave, formando assim uma "ponte" entre os dois terminais das chaves. Repetimos este processo até a última chave da última linha de chaves onde deixamos um pedaço de fio o suficiente para soldarmos na chave geral com uma certa folga. Dessa forma, levaremos os 9 volts da bateria para todas as chaves. Cuide para não aquecer demais as chaves na hora da soldagem para não danificá-las. Ao soldarmos o fio positivo no terminal lateral da chave geral, aproveitamos para soldar também o fio positivo do led da mesma, que deve possuir seu resistor ligado conforme os demais leds. Os fios pretos são soldados juntos, inclusive o do led da chave geral. Como o Macagnan deixou curtos os fios pretos, teve que improvisar uma plaquinha de circuito impresso para criar um barramento comum para todos os fios. Essa barafunda toda ficou mais ou menos assim:

Assustador, não? Mas nem tanto assim.
Agora falta ligar a bateria e alimentar esse circuito todo. E o Macagnan esqueceu de comprar um conector de bateria. Em conversa com um amigo, este sugeriu retirar a peça faltante de um rádio relógio velho. E assim o Macagnan conseguiu a peça que faltava. E lá vai mais solda! O fio vermelho direto no terminal central da chave geral e o fio preto no barramento, junto com os outros fios pretos dos leds. E para prender a bateria no lugar, dois pedaços de madeira colados no fundo da caixa e um pedaço de fita dupla face criaram o alojamento da bateria. Outro pedaço de fita dupla face prendeu o barramento improvisado:

Habemus bateriae!
Hora do teste de fogo! Ligada a chave geral, o led indicador acendeu e nada explodiu. Até aqui tudo bem. Vamos testar as chaves. Todas as nove chaves foram acionadas para a esquerda e todos os nove leds da mesma cor acenderam. Invertidas as posições das chaves, todos os leds da outra cor acenderam. Tudo certo! Se algum led tivesse sido ligado invertido, teria-se percebido nesse teste. E no primeiro jogo, o X ganhou:

O X venceu o jogo inaugural
Bom, pessoal. Por hoje é só! Até a próxima!
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