A chave fim de curso e sua utilização em impressoras 3D

Um componente simples, barato e praticamente indispensável em impressoras 3D é a chave fim de curso, usada desde os modelos mais simples até os mais avançados, e que pode também ser usada em outros projetos eletrônicos como por exemplo projetos de automação residencial.

Neste post vamos mostrar as aplicações desse tipo de chave, os tipos mais comuns, como testar uma chave, e os cuidados que você deve ter ao instalar esse tipo de componente em uma impressora 3D.

Aplicações da chave fim de curso

A chave de fim de curso ou sensor de fim de curso tem uma infinidade de aplicações não só na área de impressão 3D mas também em automação residencial e eletrônica em geral, já que é um componente barato e muito simples de usar.

Ela pode ser usada para simplesmente indicar que algum componente do circuito como motor ou cabeçote (hot end) chegou ao seu limite de movimentação. Ao ser acionada, a chave pode desligar o circuito e impedir que sejam danificados eixos, correias, engrenagens, etc.

Uma chave fim de curso pode ser usada também para ligar ou desligar algum dispositivo, como por exemplo uma lâmpada. Você pode colocar uma dessas em uma porta de armário para que a luz acenda quando você abrir a porta e apague quando você fechar. Existem outras opções para se fazer isso, é claro, mas uma chave fim de curso consiste em uma solução simples e rápida de implementar.

Tipos de chaves de fim de curso

Talvez não seja possível aqui abordar todos tipos de chaves existentes, mas vamos mostrar aqui os três tipos mais comuns, que podem servir perfeitamente no seu projeto, seja para implementação em uma nova máquina ou mesmo para um upgrade no seu equipamento.

Chave fim de curso mecânica

Esta talvez seja a chave de fim de curso mais conhecida, já que é barata e funciona como se fosse um interruptor de lux: quando a alavanca é acionada ela fecha o contato, e quando a alavanca é solta ela abre o contato. Um pino de sinal envia um sinal alto (HIGH) ou baixo (LOW) que pode ser depois processado pelo microcontrolador.

Essa chave é muito utilizada em impressoras 3D e se adapta perfeitamente aos mais variados modelos.

Chave fim de curso óptica

Um pouco mais sofisticada, a chave fim de curso óptica trabalha geralmente com um emissor IR (infravermelho) de um lado e um receptor IR do outro. Assim, quando o feixe de luz é interrompido, a estado da saída é alterado.

Esta chave óptica pode ser uma boa opção até mesmo se você deseja reduzir um pouco os ruídos gerados pelo equipamento, pois as chaves mecânicas tem um barulho bem característico.

Chave fim de curso com sensor hall

Nosso último exemplo usa um sensor Hall, que vimos no post Detectando campos magnéticos usando Sensor Hall.

Ela nada mais é do que um sensor de efeito hall que, ao detectar a aproximação de um ímã, modifica o estado da saída.

Testando a chave com Arduino Uno

A chave de fim de curso geralmente tem 2 fios, já que ela funciona como um interruptor simples, mas você pode encontrar versões de 3 ou 4 fios.

Além do teste mais básico que você pode fazer usando um multímetro, podemos montar um contador usando Arduino Uno, que vai registrar quantas vezes a chave foi acionada.

Um exemplo de conexão seria esse abaixo, usando uma chave mecânica:

O programa que vai fazer a leitura da porta digital 4 onde está conectada a chave e mostrar o resultado do contador no Serial Monitor é esse:

//Programa: Teste chave fim de curso
//Autor: Arduino e Cia

//Define a porta de conexao do sensor
int porta_sensor = 4;

//Armazena o valor do contador
int contador = 0;

//Armazena o valor lido da porta
bool estado_sensor;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(porta_sensor, INPUT_PULLUP);
  Serial.println("Contador com chave fim de curso");
  Serial.println("-------------------------------");
}

void loop()
{
  estado_sensor = digitalRead(porta_sensor);

  //Verificar se a chave foi acionada. Caso positivo, incrementa
  //o valor do contador e mostra o valor no Serial Monitor
  if (estado_sensor == 0)
  {
    contador++;
    Serial.print("Valor do contador: ");
    Serial.println(contador);

    while (digitalRead(porta_sensor) == 0)
    {
      delay(10);
    }
  }
}

Veja que o programa não tem nada de especial e nem é necessário o uso de bibliotecas, pois estamos apenas lendo o estado da porta digital 4 onde está conectado o sensor.

Os tipos de chaves aqui mostradas podem ser usadas em praticamente qualquer tipo de impressora 3D ou máquinas tipo CNC e podem ser um upgrade interessante para o seu equipamento.

Alguns cuidados básicos devem ser tomados, como obviamente verificar se as conexões elétricas da chave que você vai usar são equivalentes ao circuito onde essa chave será conectada. Confira e “reconfira” sempre as ligações.

No caso de impressoras 3D, podem ser necessários ajustes no firmware para regular não só o tipo de chave fim de curso como também ajustes relacionados à ruídos (sinais indesejados) no circuito, que podem alterar o funcionamento do sensor. Nesse ponto, recomendo a leitura deste artigo da Marlin sobre endstops (chaves fim de curso).

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