Monitor de eventos sem fio em FM (ART622)

Escrito por Newton C Braga

Eis um projeto interessante para ser implementado tanto para uso próprio como para ensino de eletrônica, demonstrações e feiras. Trata-se de transmissor de sinais que pode utilizar um rádio comum de FM como receptor, para monitoração de eventos à distância. O projeto é muito atual pois usa componentes que podem ser encontrados com muita facilidade no mercado especializado.

Neste artigo focalizamos um transmissor de FM cuja finalidade é monitorar movimentos de pessoas ou mesmo animais num local usando como base as variações do padrão de iluminação que ocorrem num ambiente. O circuito utiliza um sensível sensor de padrão de luz ambiente que controla um emissor de bips. Qualquer alteração no nível de iluminação do sensor, causada pela entrada de uma pessoa num ambiente ou pela presença de um animal, modifica o ritmo dos sinais, alertando assim alguém que tenha um receptor apropriado. Podemos este aparelho em pesquisas, acusando a presença de animais, a ocorrência de fenômenos físicos à distância. O alcance do transmissor na versão básica é da ordem de 100 metros, mas ele pode ser modificado para chegar a mais de 1 quilômetro.

Como vigiar uma porta ou entrada à distância sem ser visto? Como detectar a ocorrência de um fenômeno físico ou químico sem estar no local? A solução está num transmissor monitor de eventos, que envie algum tipo de sinal quando ocorrer o fenômeno que desejamos detectar.

Na aplicação básica usamos um sensor de luz que permite detectar a presença ou movimentação de pessoas, pela alteração do padrão de iluminação de um ambiente que sua presença causa.

Esta mesma versão pode ser usada na detecção de fenômenos químicos, por exemplo, os que turvem uma solução ou ainda algum tipo de fenômeno que altere a posição de um objeto ou diminua a luminosidade de uma lâmpada, conforme sugere a figura 1.

 

Aplicação do monitor com sensor de luz.
Aplicação do monitor com sensor de luz.

 

Esses fenômenos poderão ser monitorados usando um simples rádio de FM, sem a necessidade portanto de fios de ligação.

O agente secreto ou o detetive particular poderão usar este circuito para saber quando alguém entra ou sai de um local, ficando assim resguardado de uma descoberta de sua presença. O pesquisador pode acompanhar uma experiência num local enquanto trabalha noutro.

O lojista pode ser avisado, na sala do fundo, para onde leva seu receptor de FM, quando algum cliente entra na loja.

O princípio de operação do aparelho é simples, sendo mostrado na figura 2.

 

Princípio e operação do monitor de eventos sem fio.
Princípio e operação do monitor de eventos sem fio.

 

Um sensor de luz controla um transmissor que produz bips que são irradiados para um receptor comum de FM a uma certa distância.

Qualquer alteração do padrão de iluminação ambiente é captada pelo sensor que então atua sobre o transmissor, alterando o ritmo dos bips emitidos. Quem estiver perto do receptor perceberá isso imediatamente.

A freqüência e o intervalo entre os bips são ajustados de modo a tornar a monitoração agradável, sem o problema de um som penetrante demais, ou que perturbe o ouvinte encarregado do trabalho de monitoração dos eventos.

O circuito básico tem as seguintes Características:

 

Características:

Tensão de alimentação: 6 V (4 pilhas)

Alcance: 50 metros (ou mais) - 1 quilômetro usando o transistor BD135 - depende das condições locais

Faixa de freqüências de operação: 80 a 120 MHz

Tipo de sensor da versão básica: LDR (para luz)

 

COMO FUNCIONA

O sensor usado é um LDR (Light Dependent Resistor ou Foto-resistor) que consiste num dispositivo cuja resistência elétrica depende da intensidade de luz que incide na sua superfície sensível, de sulfeto de cádmio.

No escuro, este componente apresenta uma resistência extremamente elevada, da ordem de milhões de ?. No entanto, esta resistência cai à medida que ele vai sendo iluminado, chegando a poucas centenas de ? à luz do dia.

Esse sensor, normalmente encontrado na forma redonda, pode ser montado num tubinho opaco com uma lente (ou sem lente) para se obter maior sensibilidade e diretividade, conforme mostra a figura 2.

 

Montagem do sensor em tubo opaco com uma lente.
Montagem do sensor em tubo opaco com uma lente.

 

O LDR é ligado à base de um transistor de modo a controlar a freqüência de operação de um circuito integrado 555, na configuração de multivibrador astável.

Neste circuito, a freqüência dos pulsos produzidos é dada pelo valor de C1, pelos resistores R2 e R3 e pela resistência de Q1 que é determinada pelo LDR.

Assim, conforme a quantidade de luz que incide no LDR, muda a resistência entre o coletor e o emissor do transistor e com isso a freqüência em que o oscilador funciona. O trimpot P1 controla essa freqüência, ajustando-a de acordo com o nível de iluminação ambiente.

Assim, com a máxima iluminação ou iluminação normal do LDR, a tensão de base do transistor é baixa, com o que a resistência entre o emissor e o coletor também. Nestas condições a freqüência do 555 é muito baixa, com a produção de bips bem espaçados.

No momento em que a luz sobre o sensor diminui, na passagem por exemplo de uma pessoa que lhe faça sombra, a tensão na base do transistor sobe (a resistência do LDR aumenta) e com isso, o transistor vai conduzir mais intensamente, diminuindo a resistência entre o coletor e o emissor. O resultado é um aumento na freqüência dos bips produzidos pelo 555.

Na figura 4 temos um gráfico onde podemos observar que a freqüência dos bips pode variar numa proporção de quase 10 para 1 entre o ponto de menor e maior iluminação do sensor.

 

Variação da freqüência dos bips.
Variação da freqüência dos bips.

 

Um LED ligado na saída de CI-1 permite observar se o circuito está funcionando e, inclusive, fazer o ajuste do ponto de início das oscilações caso seja esta a maneira de operar desejada.

O sinal obtido na saída de CI-1 não ‚ realmente um bip, mas sim um pulso negativo de curta duração. Este pulso tem sua polaridade invertida para poder controlar um oscilador de áudio (CI-2) que consiste noutro 555, conforme indicação dada na figura 5.

 

Pulso negativo na saída de CI1.
Pulso negativo na saída de CI1.

 

A freqüência do tom que este oscilador produz, e portanto do bip, é dada basicamente por C2. No entanto, podemos alterá-la sensivelmente se, em lugar do resistor fixo R7, utilizarmos um trimpot de 100 k ? em série com um resistor de 4,7 k ?.

Na saída deste oscilador de áudio, já temos os bips intervalados, que podem ser monitorados com a ligação de um transdutor piezoelétrico (cápsula cerâmica).

Para que os bips sejam emitidos, utilizamos um transistor BF494 como oscilador de alta freqüência, operando na faixa de FM, ou ainda na faixa de VHF.

A freqüência de operação deste transistor é determinada por L1 e CV e como antena pode ser usado um pedaço de fio rígido de 20 a 80 cm, ou mesmo uma antena do tipo telescópico.

O BF494 não é um transistor potente, proporcionando neste transmissor um alcance da ordem de 50 metros. Para uma emissão mais potente podemos alterar o circuito da seguinte maneira:

Usando um 2N2218 podemos alimentar o circuito com 12 V sem alterações, conforme mostra a figura 6.

 

Usando um transistor 2N2218.
Usando um transistor 2N2218.

 

Usando um BD135 ou BD137 podemos alimentar o circuito com 9 ou 12V reduzindo R11 para 56 ? x 1W.

Com essas duas alterações o alcance do circuito pode ir a mais de 1 km em local livre de obstáculos, mas o consumo também aumenta ficando inviável o uso de pilhas comuns pequenas ou mesmo médias: deve ser empregada fonte ou bateria se a autonomia desejada for grande.

 

MONTAGEM

Começamos por dar o diagrama completo do transmissor na figura 7.

 

Diagrama elétrico do transmissor.
Diagrama elétrico do transmissor.

 

A montagem numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 8.

 

Sugestão de montagem em placa do transmissor.
Sugestão de montagem em placa do transmissor.

 

Para maior segurança na utilização dos circuitos integrados sugerimos que estes componentes sejam instalados em soquetes DIL.

Os transistores Q1 e Q2 são NPN de uso geral, admitindo qualquer equivalente. Para a versão básica Q3 pode ser o BF494 ou o BF495, mas para as versões de maior alcance podemos usar o 2N2218 ou ainda o BD135.

O LDR pode ser do tipo redondo de 1 cm, que é mais facilmente encontrado e até pode ser retirado de televisores abandonados que usam este componente como controle automático de brilho.

O capacitor C1 é do tipo eletrolítico para 12V ou mais, e os demais capacitores devem ser cerâmicos tipo disco. Apenas C2 também pode ser de poliéster.

O trimmer CV pode ter valores máximos entre 20 e 50 pF não sendo crítico. Os tipos plásticos ou com base de porcelana podem ser empregados sem problemas. A bobina L1 consiste em 4 voltas de fio 22 comum ou esmaltado em forma de 1 cm de diâmetro sem núcleo.

O LED de monitoria do funcionamento assim como o transdutor cerâmico são opcionais. Para as pilhas deve ser usado um suporte apropriado.

O fio de conexão do aparelho ao LDR pode ser longo com até 5 metros de comprimento e não precisa ter blindagem. Desta forma, será mais fácil instalar o sistema com o transmissor num lugar mais favorável, por exemplo, num local mais alto.

A fixação do transmissor em local alto de modo que a antena não tenha obstáculos para a emissão proporciona maior alcance.

Todo o conjunto caberá com facilidade numa pequena caixa de plástico ou madeira.

 

PROVA E USO

A prova de funcionamento deve ser realizada com a ajuda de um receptor de FM (ou VHF) que sintonize a freqüência de operação escolhida. Este receptor deve ser ajustado para operar em freqüência livre a uma distância de 3 a 5 metros do transmissor.

Ligamos então o monitor de eventos e ajustamos inicialmente P1 para que o LED comece a piscar em intervalos regulares não muito rápidos.

Ele pode ser obscurecido com algum objeto em sua frente para esta finalidade. Um transdutor cerâmico ligado na saída do 555 deve emitir bips intervalados. Se não tiver um transdutor, ligue a entrada de um amplificador neste ponto, para esta prova.

Se o transdutor não for usado, ajuste CV até que o sinal seja captado pelo receptor. Procure sempre o sinal mais forte.

Quando encontrar o sinal, retoque sua sintonia no receptor e afaste-se de modo a verificar o alcance. Se o sinal sumir logo é porque você sintonizou uma oscilação harmônica. Refaça a sintonia até obter o maior alcance.

Comprovado o funcionamento, instale o aparelho e ajuste P1 de modo que fiquem claras as variações dos bips com a passagem de pessoas ou com a ocorrência dos eventos que devem ser monitorados. Verifique este funcionamento passando a mão diante do sensor, de modo a lhe fazer sombra.

Para utilizar, o sensor deve ficar apontado para a direção em que as variações de luz ocorrem como evento (passagem de pessoas, por exemplo, que deve ser detectado.

Depois, é só ficar atento ao receptor. Qualquer modificação do padrão dos bips como uma súbita mudança de velocidade indica que alguém está no local do sensor, ou está passando diante dele.

Na figura 9 temos um exemplo de como o sensor pode ser usado numa passagem para detectar pessoas.

 

Usando o sensor para detectar a passagem de pessoas.
Usando o sensor para detectar a passagem de pessoas.

 

Veja que não é preciso usar fontes de luz, pois a própria iluminação do ambiente é suficiente para que o sensor detecte as variações causadas pela entrada de uma pessoa. É claro que, dependendo da aplicação, uma fonte de luz própria como uma pequena lâmpada, pode ser necessária.

Instalado num tubo opaco, este circuito detecta a entrada e saída de uma pessoa, podendo ser usado em lojas. Para maior diretividade e sensibilidade o sensor pode ser instalado num tubo com uma lente convergente.

 

IMPROVISANDO C5

Tendo dificuldades para obter o capacitor cerâmico C5, existe uma alternativa simples para fabricá-lo em casa.

Como não se trata de componente crítico, valores entre 2pF e 6 pF podem ser usados. Assim, podemos improvisá-lo também com dois fios enlaçados porém sem ligação de um ao outro, conforme mostra a figura 10.

 

Improvisando o capacitor C5.
Improvisando o capacitor C5.

 

 

OUTROS TIPOS DE SENSORES

Variações de temperatura podem ser detectadas com a substituição do LDR por um NTC ou PTC que tenha uma resistência da ordem de uns 10 k?. Desta forma, podemos saber quando a temperatura de um local aumenta ou diminui. por exemplo na ocorrência de uma reação química ou quando um animal de sangue quente deita-se num local vigiado.

A ocorrência de incêndios também pode ser detectada com este tipo de sensor.

Um outro tipo de sensor pode ser elaborado com base num potenciômetro conforme mostra a figura 11.

 

Sensor usando um potenciômetro.
Sensor usando um potenciômetro.

 

Se o objeto acoplado ao potenciômetro tiver sua posição alterada, o potenciômetro tem sua resistência modificada, com conseqüente mudança na freqüência dos bips emitidos. Esse tipo de sensor pode ser usado numa armadilha ecológica, por exemplo, avisando quando algum animal é capturado.

Outra possibilidade é a mostrada na figura 12 em que o sensor é formado por dois fios descascados, detectando quando a água de um reservatório atinge determinado nível.

 

Sensor com dois fios descascados.
Sensor com dois fios descascados.

 

 

 

Semicondutores:

CI-1, CI-2 - 555 - circuitos integrados - timer

Q1, Q2 - BC548 ou equivalentes - transistores NPN de uso geral

Q3 - BF494 (ou 2N2218) - transistor NPN de RF

LED- LED vermelho comum

 

Resistores:(1/8W, 5%)

R1, R5, R8 - 10 k ? - marrom, preto, laranja

R2, R3 - 4,7 k ? - amarelo, violeta, vermelho

R4, R6 - 1 k ? - marrom, preto, vermelho

R7 - 15 k ? - marrom, verde, laranja

R9 - 8,2 k ? - cinza, vermelho, vermelho

R10 - 5,6 k ? - verde, azul, vermelho

R11 - 100 ? - marrom, preto, marrom

P1 - 100k ? - trimpot ou potenciômetro

 

Capacitores:

C1 - 22 µF x 12V - eletrolítico

C2, C4 - 22 nF - cerâmicos ou poliéster

C3 - 10 nF - cerâmico

C5 - 5,6 pF - cerâmico - ver texto

C6 - 100 nF - cerâmico

CV - trimmer - ver texto

 

Diversos:

LDR - LDR redondo de 1 cm comum

BZ- transdutor cerâmico - opcional

L1 - Bobina - ver texto

S1 - Interruptor simples

B1 - 6V (4 pilhas pequenas ou médias) ou 12 V com o 2N2218 (bateria ou fonte)

Placa de circuito impresso, suporte para pilhas, fio rígido para a antena, fios de ligação para o sensor, tubo para o LDR, caixa para montagem, etc.