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Alarme ativado por toque (ART4064)

Todo dispositivo comandado através de toque funciona da seguinte forma: quando alguém (ou algo) tocar numa placa metálica sensível, previamente instalada em um lugar estratégico, o circuito ativará uma campainha e/ou uma lâmpada ou, ainda, qualquer outro dispositivo de sinalização sonora e/ou visual, cuja finalidade é a de alertar de que algo de anormal está ocorrendo. Por esta razão, este tipo de dispositivo é útil em sistemas de segurança, sendo amplamente utilizado para esta finalidade, ainda que, como veremos, tais dispositivos encontrem vastíssima gama de aplicações que não sejam especificamente a de um alarme.

 

Nota: este artigo foi publicado original num livro do autor de 1982. Como o 555 é um componente ainda atual, podemos dizer que o projeto pode ser montado com facilidade em nossos dias e não perdeu sua utilidade.
Para baixar o livro "O Superversátil CI 555" do autor - clique aqui.

 

A maioria, senão todos, destes circuitos baseia-se em uma etapa osciladora cujo sinal é devidamente retificado, mantendo no corte um transistor, o qual, por sua vez, através de um relé, mantém desoperada a carga, normalmente uma campainha; quando alguém, intencionalmente ou não, encostar a mão na placa sensível, a etapa osciladora sai de sua frequência normal de funcionamento, ou mesmo deixa de oscilar, acarretando saturação do referido transistor, outrora na região de corte, o qual, por intermédio do relé, fará ativar a campainha ou cigarra. O grande inconveniente deste tipo de circuito é a sua montagem, por causa da presença de bobinas muitas vezes construídas artesanalmente, capacitores variáveis, etc., que nem sempre são de fácil aquisição no mercado especializado. Além disso, o ajuste dos dispositivos que fazem uso desta técnica é bastante crítico, a ponto deles dispararem por si próprios; outro inconveniente encontrado em muitos destes circuitos é que o sistema de aviso deixa de operar tão logo se deixe fazer contato no seu elemento sensível, e isto nem sempre é desejável. Outros, um pouco mais sofisticados, uma vez ativados assim permanecem, independentemente da presença constante ou não do toque; é claro que também este tipo de circuito, por razões mais do que óbvias, não é ideal, pelo menos para uma grande maioria de aplicações.

O circuito que nos propomos a apresentar não tem os inconvenientes acima citados, e a sua montagem exige o mínimo de tempo; por outro lado, os componentes são facilmente encontrados à venda nas boas casas do ramo. Além de tudo, o circuito ora proposto é temporizado, ou seja: tão logo seja feito um contato em sua placa sensível, a cigarra, ou outra carga qualquer, será prontamente ativada, assim permanecendo por um período de tempo previamente programado, mesmo que se tenha retirado o contato com o seu sensor. Esta última característica torna o dispositivo ainda mais prático, encontrando-se dezenas e mais dezenas de aplicações práticas e úteis para o mesmo.

Com este circuito o leitor poderá também ligar qualquer aparelho elétrico sem preocupar-se em desligá-lo: o dispositivo fará isto por você uma vez terminado o período de temporização programado, o qual poderá ser superior a uma hora! Você também poderá utilizá-lo como um detector de intrusos: tão logo alguém encoste a mão na maçaneta de sua porta, tentando arrombá-la, irá soar uma campainha, além de serem ativadas várias lâmpadas incandescentes que colocarão o intruso bem visível. Contudo, você poderá usar este dispositivo em situações, digamos, mais pacíficas.

De qualquer modo, as aplicações práticas deste simples e econômico dispositivo estão limitadas pela imaginação criativa do leitor e/ou do seu usuário!

O Autor, em particular, empregou este circuito como servomecanismo, cuja função é a de acender as duas lâmpadas da escadaria de sua residência. Estas lâmpadas permanecem acesas até que tenha decorrido um período de tempo suficientemente grande para que o mesmo possa abrir e fechar as duas portas de acesso à sua residência; findo este tempo, as lâmpadas são desativadas automaticamente pelo dispositivo, sem a necessidade de apertar este ou aquele interruptor, tanto para ativá-las como para desativá-las! A explicação para este "milagre" é bastante simples: as duas fechaduras metálicas das duas portas de madeira passaram a constituir-se no sensor do dispositivo, o qual dispara tão logo algum objeto ou pessoa em contato, mesmo indireto, com o chão, encostar na maçaneta de uma das duas fechaduras, ou seja, mal seja inserida a respectiva chave na fechadura, as lâmpadas correspondentes acender-se-ão como por magia!

Obs.: 1 — O circuito é perfeitamente confiável em todas as aplicações que envolvem a rede de energia elétrica C.A. domiciliar. Para aplicações em que esta situação não se verificar, o circuito também funcionará, porém precariamente, dependendo das condições em que for realizado o contato no seu sensor, e das condições em que se encontra o elemento ou pessoa que executar tal contato.

Obs.: 2 — O elemento sensível do dispositivo não poderá ser constituído por elementos metálicos que estejam aterrados ou estejam em contato com o solo, como, por exemplo, grades, portas, portões, etc., metálicos (ferro, alumínio,...), exceto se estes não estiverem "chumbados" diretamente a paredes, pisos, etc.

Caso isto não seja observado, o dispositivo não funcionará e o integrado utilizado no circuito será irremediavelmente danificado.

 

O CIRCUITO

O circuito na versão mais simples (Fig.1) utiliza apenas oito elementos de estado sólido, dos quais um é o integrado 555, e mais um punhado de componentes convencionais, todos facilmente adquiríveis em qualquer casa especializada do ramo. O funcionamento do circuito é simples, senão vejamos.

Estando a chave CH2 (optativa) fechada, a tensão da rede é aplicada ao primário do transformador T1, surgindo no seu secundário uma tensão de 6 volts (RMS) alternada; após passar pelo fusível El de proteção, ela é retificada —onda completa — pelos diodos D1 a D4, e filtrada pelo capacitor eletrolítico C2, obtendo-se um valor de tensão em torno de 8 V C.C. que irá alimentar o circuito propriamente dito.

O C.I.1, como não poderia deixar de ser, um 555, está operando como monoestável, cuja rede de temporização é formada pelo conjunto R1, C3 e potenciômetro P1, com o qual poderemos alterar convenientemente o período de temporização, isto é, o tempo em que a carga ficará em ação; fornecendo um período máximo de temporização da ordem de 10 minutos e um mínimo de 52 segundos. A gama de valores compreendidos entre esses extremos confere ao dispositivo uma versatilidade sem par..

 

Fig. 1 — Diagrama esquemático do interruptor eletrônico.
Fig. 1 — Diagrama esquemático do interruptor eletrônico.

 

 

Pois bem, o pino 2 do integrado (Fig. IX-1), em condições normais, está a um potencial tal que o C.I. se encontra bloqueado e, portanto, sua saída —pino 3 — está em praticamente zero volt, ocasionando a não condução do transistor Q1 e, porque o transistor não está conduzindo, a porta G do triac não recebe corrente suficiente para excitá-lo, comportando-se, portanto, como uma chave aberta entre seus terminais T1 e T2; por isto, a carga não recebe alimentação através da rede, permanecendo em repouso.

Ora, se aterrarmos a entrada-disparo de C.I.1 (pino 2), ainda que momentaneamente, ou mesmo, se através de indução ou qualquer outro meio, fizermos com que o potencial desta entrada seja inferior à terça parte da tensão de alimentação, o C.I. irá disparar, provocando, através de R6, a forte condução do transistor; com isto irá circular corrente por Q1, R7 e junção G-T1 do triac, fazendo-o conduzir, agora comportando-se como uma chave fechada entre os terminais T1 e T2, e assim a carga recebe a devida alimentação proveniente da rede elétrica.

A condição descrita manter-se-á nestas condições — carga em funcionamento — até esgotar-se o período de temporização programado, quando então o circuito retomará a sua condição inicial de repouso — carga desativada.

O capacitor C1 (Fig.1) tem por finalidade eliminar os sinais espúrios presentes na rede, provocados pelo acionamento de dispositivos elétricos a ela conectados, tais como enceradeira, televisor, geladeira, lâmpadas, etc.

O potenciômetro P2 tem por finalidade ajustar a sensibilidade de disparo do circuito: quanto maior for a resistência ôhmica por ele inserida no circuito, tão mais sensível se tornará o seu sensor. O resistor R3 se constitui em um limitador de corrente para o pior caso de P2 (zero ohm), enquanto R4 ajusta o potencial do pino 2 do integrado em um valor acima, porém próximo, à terça parte da tensão de alimentação. Assim, ao encostarmos a mão no sensor e estando em contato com o chão, irá fluir uma pequena corrente do chão para o vivo" através do nosso corpo, corrente esta que levará o potencial do pino 2 a provocar o disparo do integrado.

O conjunto R5 e 'LED' 1 é uma sofisticação do circuito: ele possibilita visualizar se o circuito está ou não em repouso; como sabemos, nesta última condição a saída do C.I. se encontra a zero volt, e, portanto, o 'LED' emitirá luz, estando a corrente por ele circulante limitada através do resistor R5; contudo, se o circuito disparar, a saída, em nível alto, do integrado, polarizará inversamente o 'LED' e ele deixará de emitir luz enquanto esta condição perdurar.

 

 

Fig. 2 — Anexando ao circuito original um transistor de pequena potência e uma diminuta lâmpada, conforme é mostrado, consegue-se fazer com que o próprio dispositivo indique a localização do sensor.
Fig. 2 — Anexando ao circuito original um transistor de pequena potência e uma diminuta lâmpada, conforme é mostrado, consegue-se fazer com que o próprio dispositivo indique a localização do sensor.

 

A chave CH1, de contato momentâneo do tipo N.A. (normalmente aberto), possibilita interromper manualmente, a qualquer momento, o período de temporização iniciado pelo circuito e, consequentemente, desativar a carga; ela é de bastante validade, principalmente durante o período de ajuste da sensibilidade do dispositivo, ou mesmo — quando o mesmo é ligado — esta condição inicial de ligar o dispositivo faz com que o circuito dispare inadequadamente. O resistor R2 limita a corrente quando CH1 for pressionada.

As linhas mais grossas do esquema (Fig.1) nos informam que estas conexões devem ser realizadas com fios de grosso calibre.

O triac TI1 empregado no protótipo, um TIC2268, pode manipular até 8 ampères sob 200 volts; poderão ser utilizados outros triacs com maior poder de manipulação de potência, tais como: TIC226D (8 A/400 V), TIC236B (12 A/200 V), TIC236D (12 A/400 V), TIC246B (16 A/200 V), TI C246D (16 A/400 V), etc. De qualquer forma, recomendamos não empregar cargas que drenem uma corrente superior à metade da máxima corrente permissível para o triac, devido ao reduzido tamanho do dissipador utilizado; assim, para o triac recomendado na lista de material, um TIC226B (8 A/200 V), convém não utilizar cargas superiores a 500 W, desde que a tensão da rede esteja compreendida entre 100 a 120 volts.

É possível ainda agregar algumas sofisticações a mais no circuito (um exemplo é apresentado na Fig. 2), o qual consta de um transistor p-n-p, uma pequena lâmpada incandescente; este conjunto funciona na seguinte forma: quando o nível de tensão na saída do C.I. for baixo — carga em repouso — o transistor Q2 irá saturar, implicando no acendimento da lâmpada; na outra situação — carga ativada — o nível alto deste mesmo C.I. fará com que o transistor Q2 corte, não existindo, portanto, corrente circulante por LP 1 , que permanecerá apagada enquanto perdurar esta situação. O transistor Q2 poderá ser, entre outros, o BC257, e LP1 é uma lâmpada-miniatura para 6,3 volts/100 a 150 mA no máximo.

Este circuito (Fig. 2) é ideal nos casos em que o sensor do dispositivo for constituído por um diminuto ponto de contato como, por exemplo, a cabeça de um alfinete; como este sensor é, praticamente, impossível de ser encontrado em um ambiente escuro, é justamente aí que entra o circuito acima descrito: a lâmpada irá iluminar o ponto de contato.

Outras "sofisticações" certamente serão encontradas pelos leitores mais argutos; de qualquer modo, toda a descrição de montagem que se segue refere-se unicamente ao circuito da Fig. IX-1; caso seja incorporada alguma inovação no circuito, terá de ser idealizada uma nova placa de fiação impressa, fazendo as alterações adequadas.

 

A MONTAGEM

A placa de fiação impressa em tamanho natural, assim como a distribuição dos componentes na mesma estão mostradas respectivamente nas Figs. 3 e 4 ; nesta altura dos acontecimentos não é necessário alertar ao montador das eventuais diferenças de tamanho dos componentes adquiridos em relação aos utilizados no protótipo, acarretando modificações na placa de circuito impresso ora apresentada; de qualquer forma, como poderemos observar na Fig. 4, foram previstos vários espaçamentos para os capacitores C2 e C3 com a intenção de facilitar ainda mais a montagem e a substituição destes capacitores eletrolíticos por outros de maior (ou menor) tamanho.

Os pontos A, B, C e D, assinalados na Fig. 4, destinam-se à fixação da placa do circuito na caixa.

Uma vez estando a placa pronta, passaremos à montagem dos componentes, iniciando pelos diodos, resistores, soquete do integrado, capacitores e porta-fusíveis, tomando o cuidado de obedecer, quando pertinente, a polaridade destes elementos, tal como ilustra o chapeado da Fig.4.

A soldagem do triac e a instalação do respectivo dissipador requer cuidados especiais: inicialmente cortamos o terminal central do triac e dobramos os outros dois terminais — T1 e G — de forma que, tanto estes como o furo de fixação se encaixem na placa de circuito impresso (Fig. 5); o passo seguinte é fixar o semicondutor ao seu dissipador e este à placa ( a Fig. 6 ilustra o procedimento a ser seguido); entre o dissipador e o triac deveremos passar uma fina camada de silicone ou pasta térmica, a fim de possibilitar maior transferência de calor do segundo para o primeiro.

 

Fig.3 — Desenho em tamanho natural da plaqueta de fiação impressa idealizada para atender o circuito original do alarma (Fig. IX-1).
Fig.3 — Desenho em tamanho natural da plaqueta de fiação impressa idealizada para atender o circuito original do alarma (Fig. IX-1).

 

 

Fig. 4 — Distribuição dos componentes na plaqueta, assim como o chapeado das ligações externas a ela serem realizadas.
Fig. 4 — Distribuição dos componentes na plaqueta, assim como o chapeado das ligações externas a ela serem realizadas.

 

 

Obs.: o terminal cortado — T2 — do triac também corresponde à carcaça do semicondutor e, em última análise, ao dissipador, devido ao contato.

 

Completamos a montagem instalando o transformador através de um par de parafusos e respectivas porcas (Fig. IX-7).

A montagem estará encerrada ao soldarmos e instalarmos os componentes externos à placa, como: potenciômetros, chaves, 'LED', etc., tomando o cuidado de utilizar fios de maior diâmetro (20 AWG ou mesmo 18 AWG) para as ligações da carga e para a alimentação C.A. do circuito (vide Fig. IX-4). Finalmente soldaremos o transistor e colocaremos o C.I. no seu respectivo soquete, obedecendo à disposição apresentada no lay-out.

Quanto à caixa, o leitor certamente encontrará no mercado a mais adequada para a finalidade a que se destinará o dispositivo. Nesta caixa, de preferência plástica, deverão ser feitos vários furos, de diâmetros apropriados, para comportar as chaves, 'LED', potenciômetros e pontos de entrada e saída para o dispositivo — o leitor poderá orientar-se pelas sugestões apresentadas em capítulos anteriores, em particular o capítulo VI e VIII.

 

Fig. 5 — Forma como devem ser dobrados e cortados os terminais do triac.
Fig. 5 — Forma como devem ser dobrados e cortados os terminais do triac.

 

 

Fig. 6 — Chapeado da instalação do triac e respectivo dissipador na plaqueta de circuito impresso.
Fig. 6 — Chapeado da instalação do triac e respectivo dissipador na plaqueta de circuito impresso.

 

 

Antes de ligar o dispositivo à rede é de bom alvitre fazer uma revisão em toda a montagem, corrigindo, quando for o caso, os erros cometidos, pois qualquer ligação inadequada, ou mesmo a falta de algum componente ou de alguma conexão, fará com que o circuito funcione precariamente no melhor dos casos, e na maioria dos casos, ele não irá funcionar, com a possível danificação de componentes, principalmente o integrado.

 

INSTALAÇÃO

O dispositivo deve ser instalado em lugar apropriado e não necessariamente perto do sensor; é lógico que quanto mais longe estiver localizado, em relação ao dispositivo, tanto maior será o comprimento do fio sensor; de qualquer maneira, o dispositivo deve situar-se em um local inacessível aos "curiosos". Como já dissemos, o sensor poderá ser constituído pela fechadura de uma porta, trincos de janelas, pelo próprio corpo (de preferência metálico) do objeto a ser protegido, ou, ainda, por qualquer placa metálica associada ao mesmo; em qualquer hipótese, devemos atender à seguinte condição: o sensor não poderá ser constituído por partes metálicas que estejam aterradas ou estejam em contato direto com o solo; se isto não for observado, o circuito integrado será irremediavelmente danificado.

 

 

Fig. 7 — Procedimento a seguir para a fixação do transformador à plaqueta de fiação impressa.
Fig. 7 — Procedimento a seguir para a fixação do transformador à plaqueta de fiação impressa.

 

 

Outro ponto a ser observado na instalação é o que se refere ao fio neutro e fio "vivo" da rede elétrica: o "vivo" deverá ser a referência terra — negativo — do circuito, conforme mostra o esquema da Fig. I X-1. O fio "vivo" da rede elétrica pode ser identificado por intermédio de uma lâmpada néon de teste, amplamente utilizada pelos eletricistas profissionais; em verdade, como se verá a seguir, não existe real necessidade de identificar este fio, já que uma inversão entre este fio e o neutro fará com que o dispositivo perca a sensibilidade que o caracteriza.

 

AJUSTES

Uma vez instalado todo o dispositivo, inclusive o sensor e seu único fio de interligação, teremos de realizar dois ajustes: o primeiro será o do período de temporização, sendo efetuado através do potenciômetro P1 (Fig. IX-1 ou IX-4) — quanto menor é a resistência ôhmica introduzida por ele no circuito, tão menor se tornará este período; se o período se tornar demasiadamente longo, poderemos interromper o processo calcando o interruptor CH1 para realizar novo ajuste, até que encontremos o período ideal de temporização. O segundo ajuste depende da localização do sensor, das suas dimensões, bem como do local por onde passa o único fio para o sensor, e do seu comprimento, comprimento este que não deverá ser maior que 20 metros; neste ajuste a primeira providência é colocar o cursor do potenciômetro P2 de forma que introduza o maior valor resistivo possível para o circuito, existindo aí dois resultados:

a) O dispositivo não dispara — Encostar o dedo na placa metálica e verificar se o circuito ativa a carga; se isto não ocorrer, inverter a tomada do circuito e fazer novo ensaio; se mesmo assim o circuito não disparar, é sinal de que houve algum deslize na montagem, a qual terá de ser totalmente revista à procura da(s) "bruxa(s)".

b) O dispositivo dispara de forma contínua — Diminuir gradativamente a resistência ôhmica apresentada pelo potenciômetro P2, e calcar a chave CH1, verificando se a carga ainda permanece ativada; se isto ocorrer, diminuímos ainda mais a resistência de P2, até que o circuito não venha a disparar por si próprio. Realizar pequenos ajustes através deste mesmo potenciômetro até encontrar o ponto ideal de disparo.

Uma vez feitos os dois ajustes — de temporização e de sensibilidade —bastará que encostemos na placa sensível do circuito para que ele venha a ativar a carga (uma campainha, lâmpada, etc.); decorrido algum tempo esta carga será automaticamente desativada, a menos que mantenhamos constantemente o contato.

Devido às características do circuito, toda vez que ele for ligado pela primeira vez à rede elétrica, ela porá, inadequadamente, em ação a carga; nestes casos teremos de restabelecer o circuito através do contato CH1, ou deixar escoar o período de temporização por nós programado.

 

IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS DOS SEMICONDUTORES

Para facilitar a montagem ou mesmo alterar o 'layout' sugerido para este circuito, a Fig. IX-8 identifica os lides de todos os semicondutores utilizados neste dispositivo.

 

Fig. 8 — Identificação dos terminais dos semicondutores utilizados na montagem do interruptor por toque com autodesativamento automático.
Fig. 8 — Identificação dos terminais dos semicondutores utilizados na montagem do interruptor por toque com autodesativamento automático.

 

 

 

 

 


 

 

 

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   Estamos em setembro de 2018 e continuamos com nosso trabalho, realizando palestras, viagens, escrevendo artigos, livros e muito mais. Em nossas duas últimas palestras, uma na Uninove e a outra na ETEC Albert Einstein, ambas de São Paulo, pudemos constatar de forma bastante acentuada um fato importante , que constantemente salientamos em nosso site desde seu início. 

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Uma porção de pessoas julgam estar pensando quando apenas rearrumam os seus preconceitos. (A great many people think they are thinking when they are merely rearranging their prejudices.)
William James (1842 - 1910) - citado em Quotations for Speakers and Writers - Ver mais frases


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