Alarmes com Sensores Magnéticos (ART2264)

Os pequenos sensores magnéticos do tipo “reed”, ou seja, que usam interruptores de lâminas, apresentam características ideais para o projeto de sistemas de alarmes. Neste artigo focalizamos uma coletânea de circuitos de alarme e acessórios, como inibidores, carregadores de baterias e sistemas de aviso, que são ideais para quem está pensando num sistema de proteção, quer seja ele para sua casa, para um setor de um escritório ou o escritório inteiro ou ainda simples objetos. Juntando os diversos circuitos, você terá muitas opções para formar o sistema de proteção que deseja.

O sensor magnético típico é formado por um interruptor de lâmina, que pode ser acionado por um campo magnético.

O campo magnético tanto pode ser produzido por uma bobina, como por um ímã.

Na figura 1 temos a estrutura de um sensor típico para uso em alarme como o que propomos em nossos sistemas.

 

Figura 1 – Sensor magnético de alarme
Figura 1 – Sensor magnético de alarme

 

O interruptor de lâminas existente no interior de uma das peças mantém seus contatos fechados quando o ímã está próximo.

O ímã é fixado em qualquer objeto móvel que possa sair de posição pela ação de um intruso como, por exemplo, uma porta ou janela.

Quando o ímã é afastado, o interruptor é aberto, pois suas lâminas se separam.

Na figura 2 temos um outro tipo de sensor magnético em que o ímã atua a partir de uma posição diferente.

 

   Figura 2 – Outro tipo de sensor
Figura 2 – Outro tipo de sensor

 

Os dois tipos de sensores podem ser usados para proteção de diversas maneiras, mostradas na figura 3.

 

   Figura 3 – Modos de uso
Figura 3 – Modos de uso

 

Assim, para portas, janelas e alçapões, basta fixar o interruptor de lâminas na lateral destes objetos e o ímã na parte móvel.

Quando a porta, janela ou alçapão estiver fechado, as lâminas do interruptor serão mantidas encostadas, fechando o circuito elétrico.

O afastamento do ímã abre o circuito.

Para proteger um objeto, basta fixar 0 ímã neste objeto e colocar o sensor em posição apropriada.

O afastamento ou remoção do objeto leva o ímã e, com isso, o interruptor tem seus contatos abertos.

Para a proteção de apenas um ponto, basta ligar um par de fios direto do sensor ao sistema de alarme, como mostra a figura 4, mas no caso da proteção de diversos pontos, devemos fazer a ligação de cada sensor, como mostra a mesma figura.

 

   Figura 4 – Usando diversos sensores
Figura 4 – Usando diversos sensores

 

Temos, então, a chamada ligação em série, em que a corrente deve passar por todos os sensores.

A abertura de qualquer um deles interrompe a corrente no circuito e faz disparar o alarme.

Os contatos dos reed-switches usados nestes sensores não são feitos para suportar correntes elevadas.

Isso significa que eles devem operar com correntes de baixa intensidade e não com as correntes que controlam os sistemas de aviso como, por exemplo, sirenes ou cigarras.

Desta forma, os sistemas que fazem uso destes sensores são projetados para atuação com correntes muito fracas, normalmente contínuas. Isso significa que fios finos podem ser usados na interligação dos sensores, o que é interessante se quisermos esconder esses fios numa instalação.

Podemos usar fios 22AWG, ou mesmo mais finos, com capa plástica para as conexões e seu comprimento praticamente não tem limite, não devendo apenas superar um circuito de 1 km.

Os sistemas que propomos a seguir apresentam as mais diversas características, que devem ser analisadas para que você faça a escolha ideal.

Um fato importante que deve ser levado em conta é que as características de todos os sistemas são casadas, isto é, permitem uma combinação dos projetos para formar um sistema único, mais ou menos sofisticado.

 

ALARME TOTAL COM SISTEMA DE AVISO DE BAIXA POTÊNCIA

Trata-se de um sistema simples, ideal para a proteção de objetos, gavetas e pequenos ambientes, pois já tem um oscilador de áudio que pode ser ouvido a alguns metros de distância.

Suas características principais são:

- Alimentação de 6 ou 12V com pilhas ou bateria

- Circuito de aviso incorporado

- Possível utilização a partir de um sensor magnético

- Sem temporização (dispara no momento em que o sensor for aberto)

Na figura 5 temos o circuito completo deste alarme.

 

Figura 5 – alarme total
Figura 5 – alarme total

 

 

A corrente de repouso é muito baixa, o que significa que ele pode ficar por semanas ligado sem que ocorra desgaste das pilhas.

Quando o sensor é aberto (um ou mais deles), o SCR dispara e alimenta o oscilador de áudio, cujo som é ajustado em P1.

A potência é da ordem de 0,5 W para uma alimentação de 6 V e pode chegar a 1 W com alimentação de 12 V.

Com 12 V será preciso trocar o transistor Q2 por um TlP32, dotado de pequeno radiador de calor.

Uma vez disparado este alarme, mesmo que o ímã seja novamente reaproximado dos sensores, numa tentativa de inibir a ação do sistema, nada acontece.

Para rearmar o sistema é preciso pressionar S2 por um instante (com o sensor colocado novamente junto ao ímã).

Se S2 não for acionada, o sistema emitirá som até que as pilhas se esgotem.

Na figura 6 temos uma sugestão de instalação do sistema em gavetas e objetos para a proteção local em lojas ou escritórios.

 

Figura 6 – Sugestão de instalação
Figura 6 – Sugestão de instalação

 

No caso de proteção de gaveta (a), o alarme tocará se alguma gaveta, ou uma especificamente, for aberta.

Em (b) temos o disparo se um objeto for removido de seu local, o que é uma sugestão interessante para lojas.

 

ALARME COM TRAVA PARA RESIDENCIA – VERSÃO I

Este circuito básico dispara quando qualquer um dos sensores ligados às entradas X e Y for aberto, não havendo limite para sua quantidade.

Nos pontos A e B será ligado o sistema de aviso e nos pontos C e D o carregador de baterias.

O carregador e o sistema serão sugeridos mais adiante neste mesmo artigo.

Conforme podemos ver pelo diagrama da figura 7, o alarme dispara um relé, ativando o sistema de aviso de potência de acordo com o desejado.

 

   Figura 7 – Alarme com trava
Figura 7 – Alarme com trava

 

Para alimentar o sistema podemos usar baterias de moto ou carro de 6 ou 12 V, que serão mantidas em permanente recarga por um carregador externo.

As características deste alarme são:

- Número ilimitado de sensores

- Trava

- Alimentação por bateria de 6 ou 12 V

- Potência ilimitada para o sistema de aviso

Conforme podemos ver, a base do circuito é um transistor, que se mantém no corte quando os sensores estão com os contatos fechados.

A abertura de qualquer sensor leva o transistor próximo da saturação, ativando o relé.

Os contatos 8 e 9 do relé podem ser usados para alimentar um sistema de aviso a partir da rede local de 110 ou 220 V. O relé usado tem uma corrente máxima de contatos de 2 A.

Para rearmar o sistema, depois de disparado, é preciso recolocar o ímã próximo ao sensor aberto e pressionar por um instante o interruptor S2, que é do tipo normalmente fechado (interruptor de porta de geladeira).

 

ALARME PARA RESIDÊNCIA COM TRAVA USANDO SCR - VERSÃO 2

Este circuito (figura 8) é indicado para a proteção de residências, escritórios e insta!ações comerciais de médio porte, operando com um número ilimitado de sensores e bateria de 12V, que se mantém em carga permanente caso seja usado um carregador entre os pontos C e D.

 

Figura 8 – alarme para residência
Figura 8 – alarme para residência

 

O sistema trava quando os sensores são ativados, o que significa que não é possível fazer o alarme parar de tocar simplesmente aproximando o ímã novamente do sensor ativado.

As características principais deste alarme são:

- Bateria de 12 V para alimentação

- Pode ser usado carregador

- Número ilimitado de sensores

- Possui trava

Neste circuito devemos observar que existe uma pequena queda de tensão de 2 V no SCR quando em condução.

A maioria dos relés de 12 V fecha normalmente com os 2 V a menos, mas se isso não for suficiente no seu caso, sugerimos a substituição do relé por um relé de 6 V com um resistor de 479 x ½ W ligado em série.

 

ALARME TEMPORIZADO DE USO GERAL

O circuito mostrado na figura 9 tem uma característica importante para quem costuma deixar a casa por longos períodos.

 

Figura 9 – alarme temporizado
Figura 9 – alarme temporizado

 

Uma vez disparado, o tempo de ação do alarme é ajustado entre alguns minutos e mais de meia hora.

Desta forma, se não houver a possibilidade de alguém intervir, chamando auxílio ou entrando na casa para fazer o desarme, uma vez que o intruso tenha sido afugentado, ele se desativa depois de algum tempo, não produzindo barulho até que a bateria acabe, o que pode demorar muitas horas.

O princípio de funcionamento deste circuito pode ser explicado da seguinte forma: com a abertura de qualquer dos sensores, o transistor Q1 entra em condução, aterrando por um instante o pino 2 de um monoestável 555.

Este aterramento momentâneo é suficiente para disparar o monoestável por um tempo dado por C2 e pelo ajuste de P1.

C2 pode ter valores de até 1 000 uF, embora acima de 470 uF devamos usar um capacitor de excelente qualidade, sem fugas.

O potenciômetro também não deve ser muito maior que 1M, para se evitar problemas de instabilidade.

O tempo de atuação é dado pela fórmula:

**T= 1,1 x R x C

 

Onde:

R é a resistência total dada por R4 e P1, e C o valor do capacitor, em farads.

A saída do 555 atua sobre um transistor, que fecha o relé que controla uma carga externa.

As características deste circuito são:

- Temporização até mais de meia hora

- Alimentação de 12 V

- Número ilimitado de sensores

- Admite uso de carregador

Para rearmar este alarme basta refazer as conexões dos sensores abertos, reaproximando os ímãs, e desligar por um momento a alimentação ou o sistema de aviso, esperando que o relé abra seus contatos.

 

ALARME COM RETARDO

O circuito mostrado na figura 10 tem um disparo temporizado, ou seja, só entra em ação alguns segundos depois que o sensor é ativado.

 

   Figura 10 – Alarme com retardo
Figura 10 – Alarme com retardo

 

Do ponto de vista estratégico, isso pode ser muito interessante pois permite pegar o intruso de surpresa somente depois que ele já se encontre de posse do objeto visado ou então dentro da residência, onde pode ser cercado.

As características deste sistema são:

- Temporização para o disparo

- Número ilimitado de sensores

- Alimentação de 12 V

- Admite usar carregador

O sistema entra em funcionamento quando qualquer sensor é aberto e o transistor Q1 é polarizado de modo a aterrar por um instante a entrada do monoestável 555, que tem sua saída Ievada ao nível alto por um tempo dado aproximadamente por:

 

t = 1,1 x R x C

 

Onde R é dado pela soma de P1 com R3 e C é dado por C2.

O tempo ajustado por P1 deve ser maior do que a constante de tempo da saída (pino 3) que dispara o SCR.

Desta forma, com a saída do integrado no nível alto, C3 carrega-se lentamente até que o SCR dispare.

Com o disparo, o relé tem seus contatos fechados e atua sobre o sistema de aviso externo.

Mesmo depois que as ligações do sensor estiverem refeitas (aproximação do ímã) e o 555 volte a ter sua saída no nível baixo, o alarme se mantém acionado.

Para rearmar será preciso pressionar por um instante o interruptor de pressão S1.

O resistor R5 pode ter valores entre 10 e 47 ohms sendo ele necessário para obtermos menor tensão sobre o relé de 6 V, já que os tipos de 12 V podem não disparar levando em conta uma queda de tensão de 2 V num SCR em plena condução.

O capacitor C3 deve ser dimensionado de modo a se obter um tempo de retardo da ordem de 5 a 15 segundos, em função do ajuste de P1 e P2.

 

CARREGADOR DE BATERIAS

Baterias de alarme do tipo chumbo-ácido, quer seja de automóveis ou de motos, são carregadas com a circulação de uma corrente a partir de uma fonte de alimentação.

O carregador ideal consiste numa fonte de corrente constante.

Nesta aplicação, entretanto, como temos uma carga lenta, uma versão menos sofisticada é perfeitamente aceitável e serve para os tipos propostos.

O circuito de uma primeira fonte usada como carregador de baterias é mostrado na figura 11.

 

   Figura 11 – Carregador simples
Figura 11 – Carregador simples

 

O enrolamento primário do transformador é de acordo com a rede local e o secundário é de 15 + 15 V com 500 mA ou mais de corrente.

O capacitor C1 deve ter uma tensão de trabalho de 25 V ou mais e o resistor R1, que determina a intensidade da corrente de carga, é de fio.

O diodo D2 tem por função evitar o retorno da corrente da bateria para a fonte quando houver corte de energia.

O capacitor C2 também tem uma tensão de trabalho de 25 V e o fusível de proteção é de 500 mA.

Esta fonte pode ser montada em caixa separada ao sistema de alarme ou então na mesma caixa.

Seu pólo positivo (+) é conectado ao ponto C de cada alarme e o negativo (0 V) ao ponto D.

 

FONTE ESTABILIZADA COM ALARME DE FALTA DE ENERGIA

Levando em conta a possibilidade do intruso em cortar a energia de um local, prevendo a ação de alarmes, temos, na figura 12, uma segunda fonte mais sofisticada, que agrega um sistema que dispara o aviso quando há o corte de energia.

 

Figura 12 – Fonte com alarme de falta de energia
Figura 12 – Fonte com alarme de falta de energia

 

A fonte é do tipo de corrente constante, para carga lenta de aproximadamente 50 mA (dada pelo resistor R2), e emprega como base um circuito integrado 7805, que deve ser montado num pequeno radiador de calor.

O transformador tem enrolamento primário de acordo com a rede local e secundário de 15+15 V com pelo menos 500 mA de corrente.

Os diodos são os do tipo 1N4002 ou equivalentes de maior tensão.

O relé é de 12 V e tem um resistor limitador, pois, após a retificação e filtragem, a fonte fornece na entrada do integrado perto de 22 V.

Os pontos de ligação desta fonte são mostrados no diagrama.

Observe que, na condição de carga, o relé permanece energizado, o que corresponde a um interruptor em paralelo com o relé do alarme, mas aberto.

Se houver corte de energia, o relé é desenergizado e provoca o fechamento do circuito do sistema de aviso.

A tensão de trabalho de C1 é de 25 V e os dois resistores são de ½ W.

 

SISTEMA POTENTE DE AVISO

O sistema de aviso proposto na figura 13 serve para todos os alarmes descritos neste artigo, exceto o que possui seu próprio oscilador.

 

 Figura 13 – Sistema de aviso
Figura 13 – Sistema de aviso

 

Trata-se de uma sirene modulada que produz bips intervalados com boa amplificação através de dois transistores na configuração Darlington.

Com alimentação de 12 V temos alguns watts de potência e o transistor Q2 deve ser dotado de um radiador de calor.

O alto-falante deve ser de bom rendimento, preferivelmente instalado numa pequena caixa acústica.

Sugerimos a utilização de um alto-falante de pelo menos 10 cm com 4 ou 8 ohms de impedância.

Caso você prefira, pode utilizar uma etapa de maior potência como, por exemplo, um amplificador de áudio que terá sua entrada ligada aos pontos X e Y.

O único ajuste deste circuito é dado por P1, que determina a tonalidade dos bips emitidos.

Este circuito pode ser alimentado tanto com 6 como com 12 V e os resistores são todos de 1/8 W.

O capacitor eletrolítico é de 12 V e o de 100 nF pode ser tanto de poliéster como de cerâmica.

 

DESARME TEMPORIZADO

Um problema comum que pode ocorrer na instalação de um sistema de proteção é como sair e fazer com que o sistema se rearme e, depois ao voltar, como entrar e fazê-lo desarmar o tempo suficiente para que você o desative?

O Circuito proposto na figura 14 é de desarme temporizado, bastante interessante, pois também faz uso de um sensor magnético que deve ficar oculto em lugar acessível pelo lado de fora e que somente você conhece.

 

Figura 14 – Desarme temporizado
Figura 14 – Desarme temporizado

 

Aproximando um ímã (que pode ser carregado com o chaveiro) do sensor, o alarme ficará desarmado o tempo suficiente para você entrar em casa e desativar o sistema

Quando aproximamos o ímã do sensor, o pino 2 do 555 é aterrado por um instante, disparando o monoestável que então manterá sua saída no nível alto, por um tempo dado por R2 e C1 (para maiores tempos aumente C1).

Com a saída no nível alto, Q1 é elevado à saturação, energizando o relé que então inibe a ação dos sensores do sistema de alarme.

Durante este intervalo de ação do desarme, podemos abrir qualquer dos sensores do sistema de proteção sem que isso provoque seu disparo.

Para usar este sistema na saída é simples: antes de ativar o sistema de alarme, aproxime por um instante o ímã do sensor de desarme. Depois disso você terá alguns minutos para ligar o sistema e sair.

Decorrido o intervalo dado por C1 e R2 os sensores voltam à condição de espera e podem ser usados normalmente, quando objetos, portas e janelas forem abertas.

O sistema de desarme é alimentado pela própria bateria do alarme, ligada nos pontos G e H do circuito.

O sistema de inibição tem sua ligação feita dos pontos E e F aos pontos X e Y dos alarmes.

 

CONEXÃO CONJUNTA

Alarmes, sistemas de aviso, carregadores e desarmes temporizados devem ser ligados da maneira mostrada na figura 15.

 

   Figura 15 – Conexão conjunta
Figura 15 – Conexão conjunta

 

É claro que, numa versão mais simples, tanto o desarme como o carregador podem ser eliminados.

Os fios de conexão das diversas unidades são comuns.

Somente os fios dos sensores é que podem ser bem finos, o que facilitaria sua ocultação.

Outro fio que pode ser bem fino é o do sensor de desarme, o que também facilitaria sua instalação.

Opções para sistemas de aviso mais potentes podem ser feitas tanto com base em re!és potentes, para acionamento de buzinas de autos ou sirenes, como para acionamento de dispositivos alimentados pela rede local (se bem que no caso de corte de energia não ocorre sua ativação).

Na figura 16 temos o caso de acionamento de um relé auxiliar de alta potência para uma buzina.

 

   Figura 16 – Acionamento de relé
Figura 16 – Acionamento de relé

 

Na figura 17 temos as ligações para um sistema paralelo de aviso que atua sobre uma sirene industrial ou mesmo uma cigarra de alta potência.

 

   Figura 17 – Acionamento de cigarra
Figura 17 – Acionamento de cigarra

 

 

CONCLUSÃO

Existem muitas variações possíveis em torno dos mesmos circuitos propostos, inclusive com o acionamento paralelo por outros tipos de sensores.

Sistemas de toque, aproximação, corte de luz ou fogo podem ser agregados num sistema mais elaborado, mas isso será assunto para uma outra oportunidade.

Também ficará para outra oportunidade a abordagem do uso dos sensores em outras aplicações que não sejam alarmes.

Fim de cursos de máquinas, indicadores de posições, indicadores de direção de vento, acionamento de boias, automatismos diversos podem perfeitamente ser elaborados com base nos sensores magnéticos que descrevemos neste artigo.

 

 

 


Opinião

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