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Sensor piroelétrico de presença (ART001)

Este artigo nãoé novo, mas os componentes usados ainda podem ser obtidoscom facilidade. Em especial, recomendamos antes, verificar a disponibilidade do sensoir
                                                                                                                                                                                                                                    Newton C. Braga

Proteja ambientes ou detecte a preença de pessoas com um sensor de presença por raios infravermelhos. Com o uso de um sensor sensível seu robô, alarme, sistema de segurança ou vigilância poderá sensoriar a presença de pessoas à distância, detectando o calor emitido pelo corpo. O projeto tem por base o sensor de baixo custo e fácil utilização RE200B da Metaltex (www.metaltex.com.br) disponível em nosso país.

 

Nas entradas de centros de convenção, lojas, portas de shoppings, aeroportos, em banheiros, corredores e outros locais é comum encontrarmos sensores que abrem automaticamente portas, acendem luzes ou ainda acionam um sistema de aviso quando uma pessoa se faz presente nesses locais. Esses sensores piroelétricos, detectam o calor do corpo da pessoa para acionar um circuito eletrônico, possuindo uma grande sensibilidade para isso. Nosso projeto se baseia num desses sensores, podendo portanto agregar um “olho infravermelho” ao seu projeto que vai poder detectar pessoas, mesmo no escuro, pois ele usa o próprio calor de seus corpos.

Antes de analisarmos o projeto propriamente dito será interessante analisarmos em detalhes seu princípio de funcionamento.

Infravermelho
O espectro visível, onde estão as radiações que podemos ver não é único. Acima e abaixo temos outras formas de radiação, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1

 

Interessa-nos em especial a parte do espectro abaixo da luz vermelha que correspondem portanto a ondas eletromagnéticas com comprimentos de onda maiores do que a luz visível e portanto freqüência mais baixa. Como essas radiações estão abaixo do vermelho, elas são denominadas infravermelhas, pois “infra” significa abaixo, da mesma forma que as radiações que estão acima do violeta são denominadas ultravioleta, pois “ultra”  significa acima ou além.

Não podemos ver essas radiações, mas podemos senti-las pois temos alguns órgãos sensoriais para isso, e além disso elas são emitidas por qualquer corpo que esteja numa temperatura acima do zero absoluto. Quanto maior for a temperatura do corpo, maior é a quantidade de radiação infravermelha que ele emite, como mostra a figura 2.

Essa figura nos mostra a lei Stephan-Boltzmann que descreve a forma como as radiações emitidas por um corpo quente são repartidas no espectro. Veja que os comprimentos de onda cima de 5 microns correspondem justamente ao infravermelho.



Figura 2

Veja então que enquanto um corpo muito quente tem boa parte de sua energia no espectro visível, se tornando assim luminoso, um corpo pouco acima da temperatura ambiente, como nosso corpo, tem a maior parte da energia emitida na faixa do infravermelho, e praticamente nada na parte visível. Isso significa que para quem vê o infravermelho, parecemos “acesos” no escuro. Se um sensor vê o infravermelho, então ele pode detectar corpos que estejam a uma temperatura acima do zero absoluto.


O Sensor Piroelétrico
Existem materiais denominados eletretos que apresentam uma carga elétrica natural em suas faces. São os equivalentes eletrostáticos dos imãs que possuem pólos magnéticos. Os eletretos possuem pólos elétricos, conforme mostra a figura 3.

 


Figura 3

 

Ocorre, entretanto que a carga elétrica desses materiais varia sensivelmente na presença de radiação infravermelho o que permite que eles sejam usados como sensores piroelétrico. A palavra piroelétrico vem de “piro” que significa fogo em grego, uma alusão a possibilidade que eles têm de detectar calor. Um sensor piroelétrico comum, como o que vamos usar no nosso projeto tem então uma janela transparente aos raios infravermelho, o material sensor e um circuito eletrônico que amplifica as fracas variações da carga do eletreto que ocorrem quando a radiação infravermelha é recebida. Na figura 4 temos o aspecto do sensor RE200B da Metaltex.

 


Figura 4

O sensor utilizado possui internamente um FET (Transistor de Efeito de Campo) de modo que seus terminais correspondem justamente aos elementos desse componente, dreno, fonte e terra. No entanto, o sensor não funciona sozinho na maioria das aplicações prática. Para concentrar de forma apropriada a radiação infravermelha e também fazer sua seleção dentre outras formas de radiação é preciso usar uma lente especial. Trata-se de uma lente de Fresnel que, para o caso do RE200B é vendida separadamente com a designação 7708-1. Essa lente deve ser colocada diante do sensor, conforme mostra a figura 5.


Figura 5

Com a utilização da lente os raios infravermelhos são concentrados de forma apropriada no sensor de modo a ser feita sua detecção. A lente também determina o ângulo de visão do sensor, ou seja, sua área de cobertura, o que normalmente é expresso por uma abertura horizontal e uma abertura vertical.

 


O Circuito Eletrônico
O sinal fornecido pelo sensor é muito fraco, precisando de uma boa amplificação para que algum dispositivo externo seja acionado. Uma possibilidade para isso consiste no uso de um amplificador operacional

Praticamente qualquer amplificador operacional serve para essa finalidade de modo que no nosso projeto prático escolhemos o LM324, que é bastante comum e que forma um sistema de quatro etapas. Nesse circuito, usamos uma fonte de 5 V e fazemos o acionamento de um relé como projeto básico, conforme mostra a figura 6.

 


Figura 6 – Circuito do detector sugerido pelo próprio fabricante do sensor.

No entanto, na saída do relé ligadas diversas cargas desde que o FET utilizado as suporte. Como o consumo do sensor é da ordem de 10 mA, ocorrendo consumo maior somente quando a carga é acionado, sua alimentação por ser feita com pilhas comuns. A montagem foi realizada com base numa matriz de contactos, mas nada impede que seja usada uma placa universal com o mesmo padrão ou projetada uma placa específica para sua implementação.  Observe cuidadosamente a posição dos terminais do sensor piroelétrico, do circuito integrado e também a polaridade dos componentes polarizados.

 


Ajuste e Uso
Terminada a montagem, confira todas as conexões e alimente o aparelho. Fique diante do sensor e ajuste o trimpot para ter o acionamento do relé. Saia da frente do sensor. O relé deve desarmar. Comprovado o funcionamento é só utilizar o sensor. Uma idéia interessante para aplicação em robótica consiste no seu uso como olho infravermelho para um robô que será capaz de seguir as pessoas pelo calor do seu corpo.    Outra possibilidade interessante consiste num robô bombeiro capaz de localizar o fogo pela sua emissão de radiação infravermelha.

Lista de material
CI-1 – 741 – amplificador operacional
RE200B – sensor piroelétrico (Metaltex)
LED – LED vermelho comum ou de outra cor

____M

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