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Alarme doméstico (ART088)

Este simples alarme, usando apenas um circuito integrado, é muito eficiente na proteção de residências e pequenos estabelecimentos comerciais. Se qualquer um dos sensores for excitado o relé entra em funcionamento intermitente, acionando uma carga externa que pode ser uma sirene, cigarra, etc. Um eficiente sistema de trava mantém o alarme ativado mesmo que o intruso tente rearmar os sensores. O artigo dado a seguir foi publicado no livro Projetos Práticos de Alarmes (esgotado)

 

 

Na atualidade todos se preocupam com a segurança do seu patrimônio e da própria família e a eletrônica pode ajudar muito a reduzir estas preocupações. Sistemas de alarmes de todos os tipos, alguns muito sofisticados, são utilizados mas, às vezes, sistemas simples podem atender às necessidades de proteção de um ambiente menor a um custo muito baixo. O circuito que propomos é simples, mas por outro lado, muito eficiente. Trata-se de um sistema de alarme que utiliza sensores do tipo reed-switch (chave de lâminas) do tipo normalmente aberto ou fechado, micro-switches ou então sensores de interrupção, tudo dependendo do modo como se pretenda fazer a proteção completa de um ambiente.

O circuito pode ser alimentado por pilhas ou bateria, evitando assim que o seu desarme ocorra se o intruso desligar a chave geral da rede de energia antes de tentar uma ação qualquer de invasão. Por outro lado, o uso de um relé de boa capacidade de corrente permite que cargas de potência elevadas possam ser ativadas no disparo.

No entanto, a característica principal que ressaltamos neste alarme é a trava que o mantém ativado mesmo se os sensores forem rearmados. Na condição de repouso ou de espera, o consumo de energia é extremamente baixo o que permite o uso de pilhas comuns com grande durabilidade.

 

Características:

* Tensão de alimentação: 6 ou 12 VDC

* Consumo em repouso: 1 mA (tip)

* Tipo de acionamento: intermitente

* Carga máxima: 2 ampères

 

COMO FUNCIONA

O circuito é totalmente elaborado em torno de 4 portas disparadoras NAND que são disponíveis no circuito integrado CMOS 4093B.  A primeira porta atua como elemento de disparo, tendo sua entrada ativa acoplada aos sensores. A saída desta porta (CI-1a), que funciona como um inversor, se mantém normalmente no nível baixo, isto é, quando a sua entrada correspondente ao pino 2 se mantém no nível alta com os sensores armados, a saída é 0V. Isso ocorre somente quando X1 e X2 estão fechados ou então quando X3 e X4 abertos. Se X1 OU X2 for aberto, ou ainda se X3 OU X4 for fechado, então a entrada da porta irá ao nível baixo e com isso o circuito inversor formado por CI-1a passará a apresentar nível alto de saída.

 

A etapa seguinte consta de uma segunda porta que funciona como uma trava (CI-1b) e um oscilador de baixa frequência. Quando o nível do pino 5 desta etapa se encontra baixo (0V) o oscilador está desabilitado e não há produção alguma de sinal com a saída no nível alto de forma constante. No entanto, se um dos sensores for ativado, a entrada desta porta (pino 5) vai ao nível alto e com isso ela entra em oscilação numa frequência determinada por R4 e C1. No nosso caso esta frequência estará entre 0,5 e 2 Hz aproximadamente. Este sinal será usado para comandar o funcionamento do relé. As duas últimas portas do circuito integrado (CI-1c e CI-1d) são usadas como amplificadores digitais e inversores. Pela sua ação a base do transistor se mantém no nível baixo (sem polarização) na condição de repouso e o diodo D2 polarizado no sentido inverso. No entanto, quando o circuito é ativado, a base do transistor vai alternadamente ao nível alto e baixo, saturando-o e desligando, e com isso, fazendo com que o relé abra e feche seus contactos de modo intermitente. Nos curtos intervalos de tempo em que a base do transistor vai ao nível alto, o diodo D2 também é polarizado no sentido direto, realimentado assim a entrada da porta osciladora através da carga de C3 de modo a mantê-la no nível alto, mesmo que os sensores sejam rearmados e a saída de CI-1a volte ao nível baixo. Se os sensores forem rearmados para inibir o toque do alarme é preciso descarregar o capacitor C3 o que é conseguido pressionando-se por um instante S1. O resistor R6 evita que a saída de CI-1c e CI-1d sejam colocadas em curto quando S1 for pressionado e o nível lógico neste ponto seja alto.

 

MONTAGEM

Na figura 1 temos o diagrama completo deste alarme.

 

A placa de circuito impresso é mostrada na figura 2.

 

O circuito integrado pode ser instalado num soquete DIL de 14 pinos o que facilita sua troca e ainda evita o calor desenvolvido no processo de soldagem. O relé depende tanto da corrente de carga como da tensão de alimentação. Podem ser usados relés comuns de 6 ou 12V conforme o caso, da série MCH ou G da Metaltex. As correntes de contacto desses relés dependem das cargas a serem controladas.

Os diodos admitem equivalentes como os 1N4148, 1N914, etc.S1 é um interruptor de pressão e os capacitores eletrolíticos devem ter tensões de trabalho um pouco maiores que as usadas na alimentação. Os resistores são de 1/8W ou maiores. X1 e X2 são sensores do tipo normalmente fechado (NF). Mostramos apenas dois deles no diagrama, mas podem ser usados tantos quantos sejam os pontos a serem protegidos. O mesmo ocorre em relação a X3 e X4 que são do tipo normalmente aberto (NA) e que são mostrados apenas dois. Muitos outros podem ser ligados em paralelo.

 

Os fios de conexão aos sensores não precisam ser blindados e nem grossos, podendo ser usados até mesmo fios esmaltados ou fios comuns de capa plástica. O importante é que eles se mantenham bem ocultos. Para a fonte de alimentação existem diversas opções como, por exemplo, usar 4 pilhas grandes ou recarregáveis em série numa versão de 6V ou ainda uma bateria de 12V com sistema de recarga e que também pode ser usada para alimentar uma buzina de carro ou sirene quando ocorrer o disparo (veja circuitos de sirenes para esta finalidade, nesta mesma edição).

Para as pilhas grandes será interessante usar um oscilador de áudio mais potente, como por exemplo o mostrado na figura 3.

 

 

Neste circuito, o tom gerado pode ser ajustado em P1. O alto-falante deve ter pelo menos 10 cm de diâmetro e deve ser instalado numa pequena caixa acústica para se obter maior rendimento. Este alto-falante pode até ficar do lado de fora da residência ou outro local protegido de modo que a vizinhança possa ouvir. O transistor de potência deste oscilador (Q2) deve ser dotado de um radiador de calor. Mesmo com alimentação de 6V o volume do som produzido por este oscilador é suficiente para ser ouvido nas vizinhanças em caso de disparo. O sistema completo pode ser instalado numa caixa plástica que ficará em local escondido para que o intruso não possa encontrá-lo e tentar neutralizá-lo.

 

 

INSTALAÇÃO E USO

Para a prova de funcionamento podemos usar uma pequena fonte de alimentação, com tensão de acordo com a versão escolhida, o que é determinado pelo relé. Os sensores não precisam estar ligados para os testes. Basta ligar os pontos correspondentes a X1 e X2 por um fio e deixar aberto os pontos X3 e X4 conforme mostra a figura 4.

 

 

Ativando o circuito nada deve ocorrer. Se o alarme disparar, aperte por um instante S1. Se ele não parar ao soltar S1, aumente o valor de C3. Com o circuito desativado, basta encostar por um instante os terminais X2 e X3 um no outro, por meio de um pedaço de fio. O alarme deve disparar e assim permanecer mesmo depois que o fio usado no toque tenha sido desligado. Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação definitiva. Na figura 5 temos uma sugestão de sistema de proteção usando tanto sensores do tipo NA como NF.

 

 

Os fios podem ser tão longos quanto seja a distância em que se encontre o local protegido em relação ao alarme. Se houver tendência ao disparo errático após a instalação, devido a problemas de comprimento do fio ou outros, reduza o valor de R2.  O valor mínimo recomendado é 1 M ohms, e se mesmo com este valor a tendência ao disparo ainda persistir, ligue em paralelo com este resistor um capacitor eletrolítico de 1 à 10 uF/12V.  Na figura 6 temos o modo de se fazer a conexão de um sistema externo de aviso.

 

 


LISTA DE MATERIAL

Semicondutores:

CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS

Q1 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral

D1, D2, D3 - 1N4148 ou 1N4002 - diodos de uso geral de silício

Resistores: (1/8W, 5%)

R1 - 10 k ohms

R2 - 4,7 M ohms

R3 - 100 k ohms

R4 - 1 M ohms

R5 - 1 k ohms

R6 - 100 ohms

Capacitores:

C1, C3 - 10uF - eletrolíticos

C2 - 100 uF - eletrolítico

Diversos:

K1 - MCH2RC1 ou G1RC1 para 6V ou MCH2RC2 ou G1RC2 para 12V - ver texto - relés de 6 ou 12V

X1, X2 - sensores normalmente fechados - ver texto

X3, X4 - sensores normalmente abertos - ver texto

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, fonte de alimentação, pilhas ou bateria, sistema de aviso, soquete para o circuito integrado, fios, solda, etc.

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