De todos os tipos de alarmes, os mais sensíveis, sofisticados e também eficientes são os que fazem uso de foto-sensores. Podemos utilizar nestes tipos de alarmes tanto fontes de luz visível como invisível (caso do infravermelho).
Obs. Este artigo está no formato original como saiu publicado em 1982 no artigo MEM086.
Como mostra a figura 1, o princípio de funcionamento de um alarme fotoelétrico é o corte de um feixe de luz que incide num sensor.
Com a luz incidindo no sensor, o circuito se mantém desativado. Se alguém inadvertidamente cortar o feixe de luz, o circuito disparará, atuando sobre o alarme.
Uma característica importante dos circuitos que fazem uso de fotos-sensores é a sua sensibilidade.
Um LDR comum, como o que usaremos em nosso projeto, pode perceber níveis de luz mais baixos do que a nossa própria vista, e também a passagem de um objeto na sua frente a uma velocidade muito maior do que a nossa visão.
Para que o leitor tenha uma ideia, enquanto a vista humana não consegue distinguir dois fenômenos sucessivos se- parados de menos de 0,1 segundo, o LDR pode facilmente perceber a passagem de um objeto em apenas 0,000 01 segundo!
Isso representa uma velocidade de resposta mil vezes maior do que a nossa própria visão!
E, é claro, um alarme com LDR tem uma vantagem muito maior a ser considerada, pois os LDRs, ao contrário de vigias “de verdade”, não dormem nem se distraem, “olhando” fixamente por todo o tempo para a fonte de luz, vigiando a passagem por onde deve penetrar um provável intruso.
O alarme que propomos neste artigo usa circuitos integrados para maior confiabilidade e, além disso, apresenta as seguintes características técnicas:
Alimentação .................... 110/220 V CA
Carga controlada ....... 6 A/110 V ou 220 V
Circuitos integrados .............. 2 (555/741)
Tempo de ativação. 1 segundo a 5 minutos
Fonte de luz ................ lâmpada comum
COMO FUNCIONA
Podemos dividir o circuito do alarme em duas etapas, para maior facilidade de análise do princípio de funcionamento.
O primeiro bloco corresponde ao sensor, mostrado em sua configuração básica na figura 2.
Temos no centro do circuito o elemento ativo, que é um amplificador operacional do tipo 741.
A entrada não inversora (pino 3) é polarizada por dois resistores de mesmo valor, formando um divisor de tensão, de modo a ter metade da tensão de alimentação.
Esta tensão, que podemos chamar de V/2, é a tensão de referência para o disparo do alarme.
Na entrada inversora, formando também um divisor de tensão, temos um potenciômetro em série com um resistor e um elemento sensor, no caso um LDR.
Iluminando o LDR, este apresentará uma determinada resistência. Se ajustarmos o potenciômetro de modo que ele apresente a mesma resistência, a tensão no pino 2 do integrado também será metade da tensão de alimentação, ou seja, V/2.
Neste ponto, teremos o equilíbrio do circuito, quando então a saída do integrado é nula, ou metade da tensão de alimentação (consideramos uma fonte virtualmente simétrica neste caso).
Se o LDR for clareado, ou seja, houver um aumento da intensidade de luz, a tensão no pino 2 cairá e na saída do integrado se elevará. Se o LDR for escurecido, a tensão no pino 2 subirá e a saída do integrado passará a ter uma tensão negativa.
Para este comportamento, podemos fazer um gráfico, conforme mostra a figura 3.
Em suma, a saída do integrado será função da intensidade da luz incidente no LDR, podendo a faixa de atuação ser ajustada pelo potenciômetro P1.
A etapa seguinte é formada por um integrado 555, que é justamente disparado pela etapa anterior.
O integrado 555, conforme mostra a figura 4, é ligado como um monoestável que dispara quando houver uma transição de tensão de positivo para zero volt na entrada correspondente ao pino 2.
Assim, quando o LDR estiver iluminado, a tensão na saída do 741 será positiva, e o 555 mantém-se desativado.
Se o LDR for escurecido, de modo a haver a transição da saída do 741 para uma tensão negativa, isso é suficiente para disparar o 555.
O 555 como monoestável tem o tempo de disparo dado pelo capacitor Cl e pelos resistores R5 e P1.
Mesmo que a transição de positivo para zero volt na saída do integrado seja rápida, voltando o nível normal (positivo) em seguida, o 555 mantém-se disparado por tempo constante, conforme mostra o gráfico da figura 5.
O tempo t de disparo é dado justamente pelo potenciômetro P1. Podemos ajustar este tempo desde 1 segundo até aproximadamente 5 minutos, o que corresponde ao tempo de acionamento do alarme.
A carga do 555 é um relé RU 101 012 que suporta carga de 6 A, o que significa a possibilidade de se acender a luz de dependências da casa e ao mesmo tempo tocar sirenes, campainhas ou buzinas.
A fonte de alimentação consiste num transformador com dois diodos retificadores e um capacitor de filtro, que fornecem aproximadamente os 12 V que o circuito precisa.
MONTAGEM
O uso de circuitos integrados e a necessidade de ligações curtas fazem com que a única possível técnica de montagem recomendada seja a que tem por base uma placa de circuito impresso.
Damos na figura 6 o diagrama completo do aparelho na versão original.
Na figura 7 temos a placa de circuito impresso sugerida, devendo o local do relé eventualmente ser redesenhado se algum tipo equivalente for empregado.
Os principais cuidados que devem ser tomados em relação aos componentes e à sua obtenção são os seguintes:
a) O LDR deve ser montado num tubo opaco que, de preferência, deve ter na sua abertura uma lente convergente, para se obter maior diretividade na ação do sistema. O fio de ligação do LDR ao aparelho pode ter até 10 metros de comprimento e deve ser blindado. LDRs comuns do tipo redondo, de qualquer tamanho, funcionarão bem neste circuito.
b) O circuito integrado 741 é do tipo em invólucro DIL de 8 pinos, o mesmo ocorrendo em relação ao 555. Cuidado com a sua posição na montagem, pois havendo inversão o aparelho não funciona.
c) Os dois potenciômetros de ajuste (sensibilidade e tempo) são originalmente de 100 k ohms, mas valores próximos podem ser usados em caso de necessidade. Potenciômetros de 47 k ohms ou 220 k ohms não trarão modificações apreciáveis de comportamento ao aparelho.
d) O relé recomendado é o RU 101 012, mas equivalentes como o MC2 RC2 também podem ser usados com a devida modificação no desenho da placa e respeitando-se a corrente máxima por contacto, que neste caso é de 2 A (200 W na rede de 110 V).
e) Os diodos da fonte (D1 e D2) são 1N4002 ou equivalentes, enquanto D3 é de silício de uso geral, como o 1N4148. A polaridade destes componentes deve ser seguida na sua soldagem.
f) O transformador deve ter enrolamento primário de acordo com a rede de alimentação de sua localidade, ou seja, 110 V ou 220 V. O secundário é de 12-12V com pelo menos 250 mA de capacidade de corrente.
g) Os capacitores eletrolíticos devem ter tensões de trabalho de 16 ou 25 V. O capacitor C1 determina o tempo de acionamento máximo do alarme, podendo, se o leitor quiser, aumentá-lo para até 1 000 uF, quando então uma cigarra ligada ao relé poderá tocar por mais de meia hora. Já C2 serve de filtragem da fonte, podendo ter valores maiores como 1 500 ou mesmo 2 200 uF.
h) Finalmente, temos os resistores, que podem ser de 1/8 ou ¼ W, com os valores indicados na lista de materiais.
Terminando a montagem, o teste de operação é muito simples de ser feito.
TESTE DE OPERAÇÃO
Ligue o cabo de alimentação à rede e na salda C/NA do relé uma lâmpada comum, como mostra a figura 8.
Acionando S1, aponte o LDR para uma fonte de luz, que pode ser uma lâmpada acesa no teto, um abajur ou mesmo uma janela, se a experiência for feita durante o dia.
Ajuste P1 até que a lâmpada usada como carga apague. P2 deve estar no mínimo de sua posição, pois pelo contrário a lâmpada demorará para apagar e o ajuste será muito difícil.
Passe a mão na frente do LDR. O relé deve disparar, acendendo a lâmpada.
Ajuste P1 para o ponto de máxima sensibilidade. Depois, ajuste P2 para o tempo de acionamento desejado.
Uma vez verificado que o aparelho funciona bem, é só pensar na sua instalação.
INSTALAÇÃO
A fonte de luz usada para o alarme pode ser uma pequena lâmpada incandescente de 5 a 15 W, que será escondida numa caixa com apenas uma abertura, na qual pode ser colocada uma lente (fig. 9).
Do lado oposto fica o LDR, apontando para a lâmpada. Como carga para o circuito pode ser usada uma cigarra ou campainha doméstica.
Para uma proteção completa de um quarto com diversas entradas, por exemplo, podem ser empregados espelhos que serão instalados como mostra a figura 10.
Muito importante na instalação dos espelhos é o seu ângulo, para que o alarme funcione perfeitamente.
LISTA DE MATERIAL
CI-1 - 741 - circuito integrado
CI-2 - 555- circuito integrado
D1, D2 - 1N4002 - diodos de silício
D3 - 1N4148 - diodo de silício
LDR - LDR redondo comum
P1, P2 - 100 k ohms - Potenciômetros
k1- RU 101 012 - relé Schrack de 12 V
R1, R2, R3, R5 - 10 k ohms x 1/8 W - resistores (marrom, preto, laranja)
R4 - 2k7 x 1/8 W - resistor (vermelho, violeta, vermelho)
C1 - 47 - uF, 16 V - capacitor eletrolítico
C2 - 1000 uF, 16 V capacitor eletrolítico
T1 - transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 12 + 12 V x 250 mA
S1 - interruptor simples
Diversos: placa de circuito impresso, cabo de alimentação, caixa para montagem, fios, tubo opaco, lente, etc.
