Alarme ativado por toque (ART4064)

Escrito por Aquilino R. Leal

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.
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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.