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Barreira de luz com LDR (ART044)

Alarmes de Passagem, Barreiras de Luz ou ainda Alarme Fotoelétrico são circuitos de grande utilidade na elaboração de sistemas de alarmes. Este é um exemplo prático que o leitor pode montar.  Quando o feixe de luz de uma fonte qualquer é interrompido, um relé é disparado, por um tempo que pode ser ajustado entre alguns segundos a vários minuto. O circuito simples de montar, faz parte do livro Projetos Práticos de Alarmes que se encontra esgotado. Esta barreira é o que ensinamos aos leitores como montar neste artigo.

Um dos tipos de alarme mais comuns é o que faz uso de sensores fotoelétricos para detectar a passagem de intrusos. Estes sistemas fotoelétricos são formados por uma fonte de luz (que pode ser invisível - infravermelha) e por um sensor. Enquanto o sensor receber luz o alarme se mantém desativado, mas se o feixe for interrompido, o alarme dispara, conforme sugere a figura 1.




Em outros projetos desta seleção descrevemos a montagem de módulos de alarmes temporizados sofisticados e módulos de luz infravermelha. Neste artigo focalizamos uma versão mais simples com luz visível e um sensor com LDR que também pode ser usado em diversos dos projetos que publicamos em diversas ocasiões.  Evidentemente, o projeto também pode ser usado de forma independente. Para isso, daremos uma versão com temporização e disparo de um relé. A temporização pode ir até mais de 15 minutos, e o relé usado pode controlar cargas que dependem apenas dos seus contactos. Como na condição de espera o circuito tem um consumo muito baixo (sem considerar a fonte emissora que pode ser ligada à rede de energia), sua alimentação pode ser feita a partir de pilhas comuns ou bateria. Diversas unidades poderão ser ligadas em paralelo para a proteção de grandes ambientes.

   Características:
   * Tensão de alimentação: 6 VDC
   * Corrente em repouso: 10 mA (tip)
   * Corrente com o relé ativado: 100 mA 9tip)
   * Distância de passagem: 10 m (tip)
   * Carga máxima controlada: 2 a 10 A
   * Temporização: 1 minuto a 15 minutos



COMO FUNCIONA
Uma lâmpada comum, fechada numa caixinha e com uma abertura para saída de luz dirige um feixe luminoso para um sensor. Com o uso de uma lente convergente o feixe pode ser suficientemente estreito para excitar o sensor a distâncias de até mais de 10 metros e com isso se tornar também difícil sua observação lateral.Na figura 2 temos o diagrama da versão completa (com temporização) que pode funcionar de modo independente  ou acoplado a outros sistemas de alarme.
 


O LDR forma com P1 um divisor de tensão que está ligado à base de um transistor. Desta forma, a tensão no coletor do transistor depende da intensidade da luz incidente no sensor. O coletor do transistor é ligado via C1 ao pino de disparo de um circuito integrado 555 ligado na configuração monoestável. O resistor R3 polariza este pino de modo a mantê-lo no nível alto, e assim o circuito integrado permanece na condição de espera. Se, por um instante, a luz que incide no LDR for cortada, o divisor de tensão tem suas características alteradas e o transistor conduz. Com sua condução, cai a tensão de coletor e a carga de C1 via transistor, faz com que tenhamos um pulso negativo aplicado ao pino 2 do circuito integrado. Este pulso dispara o circuito, levando sua saída ao nível alto por um intervalo de tempo que depende do ajuste de P2 e do valor de C2. A saída do circuito integrado ficará então no nível alto, independentemente da duração do corte de luz no LDR.  No nível alto, a saída de CI-1 polariza o transistor Q2 de modo que ele conduza e energize o relé responsável pelo controle da carga externa. Para a versão que opera com alarmes externos (módulos ou outros circuitos) não é necessário usar o circuito de temporização. Basta o pulso de corte de luz obtido no coletor de Q1. Temos então, para esta aplicação, um circuito bem mais simples.  Na condição de repouso, o circuito exige uma corrente muito pequena, o que possibilita sua alimentação por meio de pilhas. No entanto, é possível elaborar uma fonte relativamente simples para sua operação, conforme mostra a figura 3.




   MONTAGEM
A placa de circuito impresso para o circuito da figura 2 é dada na figura 4.




Tanto para o relé como para o circuito integrado recomendamos usar soquetes DIL. Para relés de maiores correntes com bases diferentes, como por exemplo do tipo G (Metaltex) é preciso alterar a placa.O sensor é um LDR comum redondo pequeno ou grande. Para maior sensibilidade e diretividade será interessante montá-lo num tubinho opaco com uma lente convergente, de modo que este componente fique pouco à frente do foco, conforme mostra a figura 5.



Nesta posição temos a concentração máxima de luz no sensor em toda a superfície sensível do componente, o que não ocorreria se ele fosse posicionado no foco. No foco a concentração seria em ponto único, com menor rendimento. Para o emissor, pode ser usada uma lâmpada incandesce comum de 5 a 40 watts e sua luz pode ser concentrada com a ajuda de um tubo com uma lente convergente. Na figura 6 temos o circuito para ser usado no disparo de outros alarmes, muitos dos quais publicados nesta seleção e que são compatíveis.

Neste circuito quando o foco de luz é cortado, o ponto A vai momentaneamente ao nível baixo podendo disparar monoestáveis do tipo 555 ou circuitos CMOS.
A alimentação para este módulo pode ser obtida do mesmo alarme com que ele funcionará ou então a partir de pilhas, já que seu consumo é muito baixo.
  

PROVA E USO
Para provar o aparelho (versão com relé) coloque o trimpot P2 na posição de menor resistência (menor tempo) e ilumine o LDR. Alimente o circuito com 6V de pilhas ou de uma fonte.Vá vagarosamente ajustando P1 até obter o disparo, com o fechamento dos contactos do relé. Volte um pouco o ajuste de P1 e espere o relé abrir. Corte a luz que incide no LDR para ver se há disparo. Se não houver, retorne um pouco o ajuste de P1. Teremos obtido o ponto de maior sensibilidade. Agora, passando a mão diante do LDR rapidamente, de modo a cortar a luz ambiente, deve haver o disparo. O relé deve fechar seus contactos por alguns segundos. Comprovado o funcionamento, basta instalar o sistema conforme mostra a figura 7.




Uma idéia interessante é mostrada na figura 8, onde com o uso de um único módulo, e a ajuda de espelhos, podemos proteger três passagens diferentes ao mesmo tempo.




Feita a instalação, deve ser refeito o ajuste de P1 para maior sensibilidade e também de P2 para a temporização desejada. Uma maneira de se obter em feixe invisível de luz é utilizando um filtro diante da lâmpada ou mesmo empregando-se uma lâmpada infravermelha. Ocorre, entretanto, que a sensibilidade dos LDRs na faixa do infravermelho é menor.  Para a ligação de diversos módulos sensores em paralelo temos a opção mostrada na figura 9.



Obs: O alarme da revista 240 – Livro de Alarmes – citado na figura, deve ser republicado brevemente.


Cada módulo deve ter sua própria alimentação que pode ser obtida de pilhas ou retirada do sistema principal de alarme com que deve funcionar. A fonte emissora dos alarmes é alimentada pela rede de energia, pois é uma lâmpada comum, o que significa que se o sistema for alimentado por bateria e houver um corte de energia, será inevitável o disparo. Um sistema de relé pode desativar o circuito sensor se houver corte de energia de modo que os demais sensores do alarme permaneçam funcionando com a bateria.
  



   LISTA DE MATERIAL
   a) Sistema completo
   Semicondutores:

   CI-1 - 555 - circuito integrado, timer
   Q1, Q2 -  BC548  ou equivalente - transistores NPN de uso geral
   D1 - 1N4148 ou equivalente - diodo de uso geral
   Resistores: (1/8W, 5%)
   R1 - 1 k?
   R2 - 22 k?
   R3 - 47 k?
   R4 - 10 k?
   R5 - 4,7 k?
   P1, P2 - 1 M? - trimpots
   Capacitores (eletrolíticos para 12V)
   C1 - 10 ?F - eletrolítico
   C2 - 470 ?F à 1.000 ?F - eletrolítico
   C3 - 100 ?F - eletrolítico
   Diversos:
   K1 - Relé de 6V - MCH2RC1 ou G1RC1 ou equivalentes
   LDR - LDR (foto-resistor) redondo comum de qualquer tipo ou tamanho
   X1 - 5 à 40 W - lâmpada incandescente comum de 110 ou 220V
   Placa de circuito impresso, soquetes para o integrado e relé, caixa para montagem, fios, solda, etc.


   b) Módulo sensor
   Semicondutores:

   Q1 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral
   Resistores: (1/8W, 5%)
   R1 - 1 k?
   R2 - 22 k?
   P1 - 1 M? - trim pot
   Capacitor:
   C1 - 1 000 ?F/12V - eletrolítico
   Diversos:
   LDR - LDR comum de qualquer tipo ou tamanho
   X1 - 5 à 40W - lâmpada incandescente comum de 110 V ou 220V
   S1 - Interruptor simples
   B1 - 6 V - 4 pilhas ou fonte
   Placa de circuito impresso, caixa para montagem, fios, solda, etc.

 

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