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Barreira de Luz com LDR (ART1984)

No site descrevemos a montagem de um excelente Alarme Residencial que admitia em sua entrada diversos tipos de sensores. Já publicamos uma barreira com infravermelho, usando filtro PLL para maior segurança, mas existe a possibilidade de termos uma barreira de luz com LDR, muito mais econômica, e se usada corretamente , igualmente eficiente. Esta barreira de luz é o assunto deste artigo.

Um dos tipos de alarme mais comuns é o que faz uso de sensores fotoelétricos para detectar a passagem de intrusos. Estes sistemas fotoelétricos são formados por uma fonte de luz (que pode ser infravermelha) e por um sensor.

Enquanto o sensor receber luz o alarme se mantém desativado, mas se o feixe for interrompido o alarme dispara, conforme sugere a figura 1.

 

Figura 1 – Operação do alarme
Figura 1 – Operação do alarme

 

Em edições anteriores descrevemos a montagem de módulos de alarmes temporizados sofisticados e módulos de luz infravermelha.

Nesta edição focalizamos uma versão mais simples, com luz visível e sensor com LDR, que também pode ser usada em conjunto com os sistemas de alarme descritos no site.

O circuito também pode ser usado de modo independente.

Para isso daremos uma versão com temporização e disparo de um relé. A temporização pode ir até mais de 15 minutos, e o relé usado pode controlar cargas de até 2 A.

Como na condição de espera o circuito tem um consumo muito baixo (sem a fonte emissora, que é ligada à rede), sua alimentação pode ser feita por meio de pilhas ou bateria.

Diversas unidades poderão ser ligadas em paralelo para proteção de grandes ambientes.

 

Características:

Tensão de alimentação: 6 V

Corrente em repouso: 10 mA (tip)

Corrente com relé ativado: 100 mA (tip)

Distância de proteção 10 m (tip)

Carga máxima controlada: 2 A

Temporização: 1 minuto a 15 minutos

 

COMO FUNCIONA

Uma lâmpada comum, fechada numa caixinha e com uma abertura para saída de luz, dirige um feixe luminoso em direção ao sensor.

Com o uso de uma lente convergente o feixe pode ser suficientemente concentrado para excitar o sensor a distância maiores que 10 m.

Na figura 2 temos o diagrama da versão completa (com temporização), que pode funcionar de modo independente.

 

Figura 2 – Diagrama da versão independente
Figura 2 – Diagrama da versão independente

 

O LDR forma com P1 um divisor de tensão que está ligado à base de um transistor. Desta forma, a tensão no coletor do transistor depende da intensidade de luz incidente no sensor

Ajusta-se P1 para que a tensão no coletor do transistor seja alta, ou seja, para que o transistor fique no corte, mas próximo do ponto em que começa a ocorrer sua condução.

O coletor do transistor é ligado, via C1, ao pino de disparo de um circuito integrado 555 ligado na configuração monoestável.

O resistor R3 polariza este pino de modo a mantê-lo no nível alto, e assim o circuito integrado permanece na condição de espera.

Se por um instante a luz que incide no LDR for cortada, o divisor de tensão tem suas características alteradas, e o transistor conduz.

Com sua condução cai a tensão de coletor, e a carga de C1, via transistor, faz com que tenhamos um pulso negativo aplicado ao pino 2 do circuito integrado.

Este pulso dispara o circuito, levando sua saída ao nível alto por um intervalo de tempo que depende do ajuste de P2 e do valor de C2.

A saída do circuito integrado ficará então no nível alto independentemente da duração do corte de luz no LDR.

No nível alto, a saída de Cl1 polariza o transistor O2 de modo que ele conduza e energize o relé responsável pelo controle da carga externa.

Para a versão que opera com o Alarme Residencial que publicamos no site não é necessário usar o circuito de temporização.

Basta o pulso de corte de luz obtido no coletor de Q1. Temos então, para esta aplicação, um circuito mais simples.

Na condição de repouso o circuito consome pouca corrente, o que permite sua alimentação por meio de pilhas. No entanto, é possível elaborar uma fonte relativamente simples para sua operação, conforme mostra a figura 3.

 

Figura 3 – Fonte para o alarme
Figura 3 – Fonte para o alarme

 

 

MONTAGEM

A placa de circuito impresso para a versão completa (da figura 2) é mostrada na figura 4.

 

Figura 4 – Placa para o alarme
Figura 4 – Placa para o alarme

 

 

Tanto para o relé como para o circuito integrado é interessante usar soquetes DlL. Para um relé mais potente, de 10 A, é preciso alterar o layout da placa.

O sensor é um LDR redondo comum, pequeno ou grande. Para maior sensibilidade e diretividade será interessante montá-lo num tubo opaco com uma lente convergente, de modo que este componente fique um pouco à frente do foco, conforme mostra a figura 5.

 

Figura 5 - Montagem do sensor
Figura 5 - Montagem do sensor

 

Nesta posição temos a concentração máxima da luz do sensor em toda a superfície do componente, o que não ocorreria se ele fosse posicionado no foco; exatamente no foco teríamos a concentração de luz num ponto único, com menor rendimento.

Para o emissor, uma lâmpada comum pode ser usada, também num tubo com lente de modo a dirigir melhor o feixe para o sensor.

Na figura 6 temos o diagrama do módulo de pulso para o Alarme.

 

   Figura 6 – Módulo de pulso
Figura 6 – Módulo de pulso

 

 

Os pontos A e B podem ser ligados aos pontos B e C ou D e E do alarme.

Neste circuito a alimentação pode ser feita com pilhas, e o LDR é o mesmo da versão anterior.

 

PROVA E USO

Para provar o aparelho (versão com relé), coloque o trimpot P2 na posição de menor tempo, ilumine o LDR e alimente o circuito com 6 V.

Vá vagarosamente ajustando P1 até obter o disparo.

Volte um pouco e espere o relé abrir. Estaremos no ponto de maior sensibilidade.

Agora, passando rapidamente a mão diante do LDR, de modo a cortar a luz incidente, o relé deve fechar seus contatos e assim permanecer por algum tempo.

Comprovado o funcionamento, podemos instalar o aparelho conforme mostra a figura 7.

 

Figura 7 - Instalação
Figura 7 - Instalação

 

Uma ideia interessante é mostrada na figura 8, onde com o uso de espelhos podemos usar somente um sensor para proteger três passagens diferentes. Feita a instalação, deve-se ajustar P1 e a temporização.

 

Figura 8 – Usando mais de uma passagem com a ajuda de espelhos
Figura 8 – Usando mais de uma passagem com a ajuda de espelhos

 

Uma maneira de se obter um feixe invisível de luz é utilizando um filtro diante da lâmpada ou mesmo uma luz infravermelha, embora a sensibilidade do LDR nesta faixa seja menor.

Para a ligação de diversos módulos sensores em paralelo temos a opção mostrada na figura 9.

 

Figura 9 – Ligando diversos módulos em paralelo
Figura 9 – Ligando diversos módulos em paralelo

 

Cada módulo deve ter sua própria alimentação ou então retirada do próprio Alarme Residencial.

A fonte emissora de alarme é alimentada pela rede, pois é constituída por lâmpada comum, o que significa que se o sistema for alimentado por bateria e houver falta de energia o alarme inevitavelmente disparará.

Um circuito de inibição apenas do sensor de luz em caso de falta de energia pode ser imaginado pelo leitor neste caso, com base, por exemplo, num relé que o desconecta em caso de falta de energia.

 

a) Sistema completo

 

Semicondutores:

CI1 - 555 - circuito integrado

Q1, Q2 - BC548 - transistor NPN de uso geral

D1- 1N4148 - diodo de uso geral de silício

 

Resistores (1/8 W, 5%):

R, - 1 k ohms

R2 - 22 k ohms

R3 - 47 k ohms

R4 - 10 k ohms

R5 - 4,7 k ohms

P1, P2 - trimpots de 1 M ohms

 

Capacitores eletrolíticos de 12 V:

C1 - 10 uF

C2 - 470u ou 1 000 uF

C3 – 100 uF

 

Diversos:

K1 - relé de 6 V - Metaltex ou equivalente

LDR- LDR redondo comum, pequeno ou grande

X1 - lâmpada de 5 a 40 W conforme rede de 110 ou 220 V

Placa de circuito impresso, soquete para o integrado e relé, fios, caixa para montagem, solda etc.

 

 

b) Módulo Para o Alarme Residencial do Site

 

Semicondutores:

Q1 - BC548 ou equivalente – transistor NPN de uso geral

 

Resistores (1/8 W, 5%):

R1 - 1 k ohms

R2 - 22 k ohms

P1 - trimpot de 1 M ohms

 

Diversos:

C1 - 100 uF - capacitor eletrolítico de 12 V

LDR - LDR redondo comum

X1 - lâmpada de 5 a 40 W conforme a rede local

S1 - Interruptor simples

B1 - 6 V - pilhas ou fonte

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, fios, solda etc.

 

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

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