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Alarme Infravermelho Inteligente (Parte 1) (ART1943)

Não é um simples alarme que apresentamos neste artigo. As sofisticações que a eletrônica introduz numa residência, tomando-a inteligente, isto é, capaz de tomar certas decisões em função de fatos ocorridos no seu interior e detectados por sensores, também incorporam os sistemas de segurança. O circuito apresentado, além de detectar a presença de intrusos por melo de raios infravermelhos, também inclui um simulador de presença controlado por sensores e um circuito de pânico por controle remoto.

Obs. Este circuito é de 1994, utilizando componentes comuns na época (e que ainda são comuns hoje) com uma tecnologia bastante simples de blocos que pode ainda ser montada tanto com finalidade didática, como pelos que gostam deste tipo de solução. Soluções inteligentes com função semelhantes e até mais avançadas podem ser hoje implementadas com base em microcontroladores. A parte 2 deste artigo é o ART1944.

Fala-se muito hoje em dia na “Casa Inteligente", que conteria um certo número de dispositivos eletrônicos interligados e que permitiriam a realização de certas operações internas e externas de modo automático.

Podemos citar, por exemplo, a incorporação de sistemas de iluminação de emergência que seriam acionados somente se pessoas estiverem presentes num local e ele estiver escuro, sistemas de abertura de portas e registro de entrada de pessoas, gravação de conversas num saguão ou atendimento automático de telefone e de porta de entrada, e incluindo-se nesta rede o sistema de segurança.

O circuito que apresentamos baseia-se na detecção por infravermelho, mas mais do que isso ele possui recursos que permitem sua interligação com diversos outros dispositivos em sua casa e que a tornarão muito mais segura.

Como o interfaceamento destes dispositivos pode seguir um controle central lógico, que inclusive pode ser feito por um microcomputador, não será exagerado dizer que se trata de um sistema "inteligente", já que, em função de dados dos sensores, ele pode tomar decisões pré-programadas.

O circuito prevê um sensoriamento único por infravermelho que será feito numa passagem principal, mas serão previstas entradas para interfaceamento com outros alarmes como, por exemplo, diversos publicados em nosso site, além de simuladores de presença programáveis, mas que podem ser ampliadas.

Duas saídas serão com temporização própria, e as duas outras biestáveis, com ciclo determinado pelo simulador.

Um sistema de pânico via rede permite disparar o alarme por dispositivos portáteis que serão conectados à rede de energia por onde se propaga o sinal de comando.

Este dispositivo é interessante num caso de assalto, pois uma unidade deixada no banheiro (onde as pessoas podem ser trancadas) permite o disparo remoto do aparelho.

Temos ainda um sistema que mantém o alarme em funcionamento no caso do corte de energia da rede.

Uma bateria em carga constante é usada para esta finalidade.

Em suma, as diversas saídas e entradas permitem tanto a inibição do alarme por meio de comandos externos como também o controle de diversos dispositivos adicionais.

 

Características:

Tensão de alimentação: 110/220 V c.a

Tensão para o setor de baixa potência: 12 V (bateria)

Alcance do sistema infravermelho: 10 m (tip.)

Cargas máximas controladas: 10 A

Ciclo máximo do Simulador: 12 horas

Temporização dos módulos: 1 hora (Max.)

Frequência do controle remoto via rede: 20 kHz a 100 kHz

Número de sensores: ilimitado

Tipo de detecção no sistema infravermelho: PLL

Tipo de detecção no sistema de controle remoto: PLL

 

COMO FUNCIONA

Na figura 1 temos um diagrama em blocos que representa nosso sistema de alarme infravermelho inteligente.

 

Figura 1 - Diagrama de blocos do aparelho
Figura 1 - Diagrama de blocos do aparelho

 

Começamos pelo bloco l, que consiste num emissor infravermelho de boa potência que tem um ciclo ativo pequeno de modo a se obter maior rendimento.

Este circuito é alimentado pela rede de energia, mas pode ser previsto um sistema que coloque uma bateria em ação no caso do corte de energia.

A frequência deste circuito é fixa e depende basicamente de C2 cujo valor estará entre 2,2 nF e 10 nF, caso em que as oscilações ficarão entre 5 kHz e 50 kHz tipicamente.

O sinal emitido por este bloco é captado por um fotodiodo ligado a um circuito amplificador de alto ganho com base num duplo comparador de tensão LM193 ou equivalente. Amplificado, o sinal vai para a entrada de um filtro PLL (bloco ll) que faz seu reconhecimento.

A sintonia deste bloco é feita em P1, e quando o sinal “atraca" a saída (pino 8 do 567) vai ao nível baixo, ç mantendo aceso LED. Nestas condições, devemos posicionar o emissor e o receptor e ajustar P1 para obter o acendimento do LED, o que indica a operação da proteção infravermelha.

Se um intruso cortar o feixe de infravermelho, o circuito "desatraca" e a saída do 567 vai momentaneamente ao nível alto, saturando o transistor Q1 que, por sua vez, dispara o monoestável do bloco lll.

O tempo deste bloco é ajustado em P2 determinando o toque de uma sirene externa ou outro dispositivo que deva ser ativado.

Uma lâmpada de varanda ou mesmo um holofote pode ser acionado paralelamente de modo a alertar a vizinhança também pela luz. O relé usado neste bloco lV de acionamento tem contatos para 10 A.

Os contatos do relé também podem ser usados para ativar um sistema que realize operações em sequência (simulador) como, por exemplo,: tocar a sirene, discar um número telefônico, acender uma luz, colocar num sistema de alto-falantes uma gravação de alerta.

Paralelamente temos um ou mais transmissores de pânico ou emergência, ou ainda ligados a sensores remotos que enviam sinais via rede de energia em frequência entre 20 kHz e 100 kHz.

Um dos transmissores é representado pelo bloco VI e pode ser usado numa situação de emergência para disparar todo o sistema, atuando sobre o monoestável lll.

O sinal que dispara o monoestável do bloco Ill também dispara um monoestável de tempo mais curto, representado pelo bloco Vlll cuja finalidade é mudar o estado de um biestável (bloco lX) que tem por base um 4013.

Não usamos diretamente o pulso do monoestável longo para esta finalidade para evitar o redisparo na descida do pulso, depois da temporização longa.

Com o disparo, o biestável trava um relé e ao mesmo tempo realimenta o monoestável do bloco Vlll de modo a impedir que ele aceite novo comando no caso de um novo pulso produzido, por exemplo, pela nova passagem do intruso na frente do sensor.

O biestável aciona então o bloco X, que tem um relé capaz de ativar uma carga externa que ficará a escolha do usuário como, por exemplo, um automatismo para a realização de determinado número de operações.

Ao mesmo tempo o biestável habilita um oscilador (astável) com base num 555 que é o clock do simulador de presença (bloco Xl).

Os sinais deste clock, cuja frequência depende do ajuste de P4, atuam sobre o bloco Xll, que é um sequencial com base no circuito integrado 4017.

A rede formada por C16 e R16 garantem que a contagem do 4017 no momento em que a alimentação é estabelecida parta da primeira saída.

Assim, sucessivamente, as saídas de S1 a S10 vão passando ao nível alto, para controlar os automatismos externos do simulador de presença.

Como estas saídas são acessadas por meio de slots, o usuário pode usar quantas desejar e com a programação independente que precisar.

Nestes módulos, representados pelo bloco Xlll, teremos circuitos de acionamento de cargas tanto do tipo monoestável, com tempo programado entre alguns segundos e perto de 1 hora, e blocos biestáveis.

Na alimentação temos um bloco de temporização de saída representado por XIV, que consiste num monoestável disparado por um reed-switch oculto, por controle remoto ou de outra forma.

Este bloco desabilita o alarme durante um certo tempo, dando assim ao usuário o tempo que ele precisa para sair de casa, ou entrar e desarmar definitivamente o sistema.

A fonte de alimentação é mostrada no bloco XV, e como todos os circuitos são de baixo consumo, a não ser que sejam alimentados mais de 6 relés nos blocos XVIll, uma corrente de 1 A é suficiente.

Temos ainda um carregador automático (opcional) no bloco XVl e uma sirene representada pelo bloco XVII, cujo circuito sugerido produz um tom de boa potência a partir de uma configuração comum com FET' de potência na saída.

Muitos dos blocos indicados podem ser suprimidos ou mesmo dobrados, em função da aplicação.

Na verdade, sugerimos que você consulte nosso livro Alarme – Conceitos e Aplicações para fazer uma conjugação maior de circuitos lá publicados comn este, aproveitando, por exemplo, o desarme por controle remoto e as entradas. Além do sistema de bip que indica a realização desta operação.

Começamos por dar na figura 2 o diagrama da unidade transmissora de infravermelhos, com sua fonte a partir da rede de energia.

 

Figura 2 – O transmissor infravermelho
Figura 2 – O transmissor infravermelho

 

A disposição dos componentes para esta unidade numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.

 

   Figura 3 – Placa de circuito impresso para o transmissor infravermelho
Figura 3 – Placa de circuito impresso para o transmissor infravermelho

 

A frequência é fixa e depende de C2, que pode ter valores entre 2,2 nF e 10 nF. Este capacitor pode ser cerâmico ou de poliéster. A alimentação vem de transformador de 6+6 V com 500 mA e primário segundo a rede local.

Qualquer LED infravermelho pode ser usado, e para o transistor recomendamos a utilização de um radiador de calor pequeno.

Os LEDs devem ficar apontados para o receptor, não sendo normalmente necessário nenhum sistema óptico adicional.

O próximo diagrama a ser apresentado é do transmissor via rede, mostrado na figura 4.

 

   Figura 4 – O transmissor via rede
Figura 4 – O transmissor via rede

 

A disposição dos seus componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 5.

 

Figura 5 – Placa de circuito impresso para o transmissor via rede
Figura 5 – Placa de circuito impresso para o transmissor via rede

 

O transistor TIP42C deve ser dotado de um .radiador de calor razoável, dada a potência de operação.

Para o CI também recomendamos o uso de um soquete DIL. O resistor R4 é de fio de 5 W.

Os capacitores C1 e C2 devem ser de poliéster, com uma tensão mínima de trabalho de 400 V. C2 tem uma tensão de trabalho de 16 V ou mais.

Para a aplicação como transmissor de "pânico" para disparo remoto usamos um interruptor de pressão para operar como unidade de sensores remotos o pino 4 do Cl, pode ser usado para habilitação, lembrando que o circuito se mantém inativo com este ponto no nível baixo e emite o sinal com ele no nível alto.

Ligado a uma rede sem energia, o circuito também pode enviar o sinal para uma estação remota alimentada por bateria, usando para isso uma alimentação própria feita com 4 ou 6 pilhas médias.

Finalmente, chegamos ao diagrama da unidade, que é mostrado na figura 6.

 

Figura 6 – Diagrama completo do alarme
Figura 6 – Diagrama completo do alarme

 

A placa de circuito impresso para esta unidade é mostrada na figura 7.

 

 

Figura 7 – Placa de circuito impresso para a montagem
Figura 7 – Placa de circuito impresso para a montagem

 

Todos os Cls, exceto Cl9, devem ser montados em soquetes DlL de acordo com o número de pinos de cada componente. Cl9 deve ter um bom radiador de calor.

Os transistores e diodo admitem equivalentes, e FD pode ser qualquer fotodiodo sensível ou mesmo um foto-transistor. Dependendo do local a ser instalado, pode ser necessário montar este componente num tubinho com lente de modo a se obter maior sensibilidade.

Os capacitores C7 e C9 devem ser de poliéster com uma tensão mínima de trabalho de 400 V.

T2 é um transformador de 9+9 V ou 12+12 V x 1A de corrente e com primário de acordo com a rede local.

T1 é um transformador com relação de espiras de 1:1, e eventualmente poderá ser enrolado pelo montador, já que não é critico. Num bastão de ferrite enrole com fio 32 AWG ou mais fino 200 espiras em cada enrolamento, um sobre o outro, não precisando ser de forma ordenada.

Os relés admitem equivalentes, precisando apenas ser feita uma eventual alteração do layout da placa conforme sua base. Os ajustes podem ser todos feitos com trimpots, mas se você preferir um acesso mais fácil num painel de controle pode fazer uso de potenciômetros comuns.

Para a conexão das unidades de simulação recomendamos a utilização de slots: podem ser usados conectores lineares de 12 terminais, como indicado no desenho da placa, ou de acordo com a disponibilidade do montador, com as devidas alterações no desenho.

Como teremos dois relés por placa encaixada, o número de conectores vai depender do número de circuitos externos a serem controlados.

Agora passamos aos blocos "externos", para a figura 8, que têm em primeiro lugar o módulo de simulador de presença na versão monoestável com Cls do tipo 555.

 

Figura 8 – Módulo de presença
Figura 8 – Módulo de presença

 

O desenho da placa de circuito impresso para a confecção deste módulo é mostrado na figura 9.

 

Figura 9 – Placa para o módulo de presença
Figura 9 – Placa para o módulo de presença

 

Os pontos em que temos diodos em tracejado são os pontos de programação, lembrando que na ida de cada linha ao nível alto ocorre o disparo do 555.

Assim, escolheremos as linhas em sequência para ligar os diodos nos pontos correspondentes, sendo sua quantidade ilimitada.

A carga controlada dependerá do relé, e o ajuste de tempo em que a carga é ativada é feito em P1. Para usar outros relés é necessário em alguns casos alterar o desenho da placa.

Para uma placa que tenha acionamento direto pelo nível das linhas de saída de Cla, temos o diagrama mostrado na figura 10.

 

Figura 10 – Exemplo de programação de acionamento
Figura 10 – Exemplo de programação de acionamento

 

A placa de circuito impresso correspondente para dois canais é mostrada na figura 11.

 

Figura 11 – Placa para os módulos de programação
Figura 11 – Placa para os módulos de programação

 

Os relés e transistores admitem equivalentes, e os diodos determinarão a programação.

Em princípio, pela análise do modo de funcionamento o leitor não terá dificuldades em experimentar o circuito, testando todas as suas etapas.

No artigo (ART1944) continuamos com a descrição detalhada deste projeto (que e bastante longo) dando a montagem do módulo carregador de bateria e a construção de uma sirene potente, daremos igualmente algumas configurações interessantes em que o alarme pode ser usado com bons resultados.

Estas configurações "inteligentes" podem ser associadas a outros sistemas de alarme ou mesmo automatismos que talvez da existam em sua residência.

 

a) EMISSOR INFRAVERMELHO PARA O ALARME

Semicondutores:

Cl1 - 555 - circuito integrado – timer

O1 - BD138, BD139 ou BD14O - transistor PNP de média potência

LED1, LED2 - qualquer LED emissor infravermelho

D1, D2 - 1N4002 ou equivalentes diodos de silício

 

Resistores (1/ W, 5%):

R1 -33 K ohms

R2, R3- 4,7 k ohms

R4, R5 -22 ohms

 

Capacitores:

C1 - 470 pF - eletrolítico de 12V

C2 - 10 nF - cerâmico ou poliéster

 

Diversos:

F1 - Fusível de 500 mA

T1 - transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 6+6V ou 9+9V x 500 mA

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, radiador de calor para o transistor, fios, solda etc.

 

 

b) CONTROLE REMOTO VIA-REDE (PÂNICO)

 

Semicondutores:

Cl1 - 555 - circuito integrado - timer

Q1 - TIP41C - transistor PNP de potência

D1, D2 - 1N4002 ou equivalente – diodos de silício

 

Resistores (1/8 W, 5%)

R2 - 2,2 k ohms

R3 - 1 k ohms

R4 – 47 ohms x 5 W

 

Capacitores:

C1, C3 - 10 nF - poliéster de 400 V

C2 - 1000 uF - eletrolítico de 16 V

C3 - 2,7 nF - cerâmico

 

Diversos:

S1 - interruptor de pressão NA

T1 - Transformador com primário de acordo com a rede local e secundário

de 9+9 V x 500 mA

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, soquete para o integrado,

radiador de calor para Q1, fios, solda, etc.

 

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