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Chave Digital Capacitiva (ART1551)

Descrevemos um circuito sensor de aproximação ou de presença do tipo capacitivo que funciona com circuitos CMOS digital de grande sensibilidade. O circuito pode ser usado em sistemas de alarme ou controle.

Descrevemos a montagem de uma sensível chave de aproximação que dispara pela simples aproximação de uma pessoa de um sensor.

O circuito é muito sensível, podendo ser utilizados em alarmes e sua ação é biestável, ou seja, com a aproximação ele liga e trava e com nova aproximação ele desliga.

Na saída temos um relé que permite controlar cargas de potência.

Na condição de espera com o relé desenergizado o consumo do aparelho é muito baixo.

 

Como Funciona

Na figura 1 temos um diagrama de blocos que representa o aparelho.

 

   Figura 1 – Diagrama de blocos
Figura 1 – Diagrama de blocos

 

O primeiro bloco consiste num oscilador que opera numa frequência em torno de 400 Hz.

Este oscilador é elaborado em torno de uma porta NAND do 4092 sendo usada uma segunda porta como amplificador digital.

O sinal deste oscilador é aplicado a um circuito detector formado pelos diodos D1 e D2.

Entre os dois fica uma placa sensora que afeta a intensidade do sinal quando um objeto se próxima dela, dada sua capacitância.

Desta forma, a aproximação de um objeto ou pessoa diminui a intensidade do sinal que é aplicado ao amplificador formado pelo operacional CA3140.

Este amplificador opera como um comparador que mantém sua saída na presença de um sinal enviado pelo detector.

A saída deste amplificador serve para disparar o flip-flop formado pelo 4013.

Se o sinal tem sua intensidade alterada, o comparador detecta esta situação e muda de estado, disparando assim o flip-flop.

Na saída do flip-flop temos um transistor que aciona um relé capaz de controlar cargas de maior potência.

 

Montagem

Na figura 2 temos o diagrama do aparelho sem a fonte de alimentação.

 

   Figura 2 – Diagrama da chave capacitiva
Figura 2 – Diagrama da chave capacitiva

 

A montagem pode ser feita numa placa de circuito impresso com o padrão mostrado na figura 3.

 

Figura 3 – Placa de circuito impresso para a montagem
Figura 3 – Placa de circuito impresso para a montagem

 

Esta placa prevê a utilização de relés DIL.

Se forem usados relés com bases diferentes, o desenho da placa deve ser alterado.

O sensor consiste numa plaquinha de metal de 5 x 5 cm a 10 x 10 cm, ligada ao circuito por fio bem curto.

Os capacitores podem ser cerâmicos ou de poliéster e os resistores são de 1/8 W.

Na figura 4 temos uma fonte de alimentação para o circuito.

 

Figura 4 – Fonte de alimentação
Figura 4 – Fonte de alimentação

 

Uma aplicação prática interessante é num sensor de presença com a placa sensora colocada sob um tapete na entrada de uma sala.

Na figura 5 mostramos como fazer isso, lembrando que a placa deve ter algum isolamento por baixo.

 

   Figura 5 – Um sensor de presença
Figura 5 – Um sensor de presença

 

Outra possibilidade interessante consiste em se fazer a operação monoestável ou temporizada em que, a partir do disparo, o relé ficará acionado por certo intervalo de tempo.

O circuito é mostrado na figura 6 e o tempo depende do resistor e capacitor ligados aos pinos 6 e 7.

 

Figura 6 – Operação monoestável
Figura 6 – Operação monoestável

 

 

Prova e Uso

Para testar e usar ligue o aparelho e ajuste P1 até um ponto um pouco antes de se obter o disparo do relé.

O disparo pode ser percebido pelo leve estalo que ele dá nestas condições.

Aproxime sua mão do sensor e vá ajustando o circuito até obter o ponto de maior sensibilidade.

Constatada sua operação normal, é só fazer sua instalação definitiva, ligando ao relé o dispositivo que deve ser acionado.

 

CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS

CI-2 – CA3140 – amplificador operacional

CI-3 – 4013 – circuito integrado CMOS

Q1 – BC548 – transistor NPN de uso geral

D1, D2, D3- 1N4148 – diodos de silício de uso geral

R1, R3, R6 – 10 k Ω – resistores – marrom, preto, laranja

R2 – 1 M Ω – resistor – marrom, preto, verde

R4 – 120 k Ω – resistor – marrom, vermelho, amarelo

R5 – 100 k Ω – resistor – marrom, preto, amarelo

P1 – 100 k Ω – trimpot

C1 – 1 nF – capacitor cerâmico

C2 – 100 pF – capacitor cerâmico

C3, C5 -100 nF – capacitor cerâmico ou poliéster

C4 – 47 pF – capacitor cerâmico

C6 – 470 µF – eletrolítico para 16 V ou mais

X1 – sensor

K1 – Relé de 12 V com bobina de 50 a 100 mA

Diversos:

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, material para a fonte de alimentação, fios, solda, etc.

 

 

 

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