Cientistas que pesquisam as possibilidades de vida em outros planetas definem a ecosfera como uma região onde a temperatura e outras condições podem permitir que algum tipo de vida se desenvolva. Na Terra, sabemos que a vida só pode existir dentro de uma faixa estreita de temperaturas. Se muito quente ou muito frio, os seres vivos não podem sobreviver.
A natureza equipou todas as criaturas com monitores de temperatura sensíveis que avisam quando elas atingem um estado desconfortável. Os sensores também podem desencadear mecanismos de defesa, como os que causam o arrepio do cabelo ou a transpiração.
O que descreveremos neste capítulo é um projeto simples que monitora a temperatura do ambiente, como os sensores em nossa pele, e que dispara um alarme se subir para um valor desconfortável ou cair abaixo de outro valor fixo. O circuito pode ser instalado em qualquer local onde vivam criaturas sensíveis, como estufas, aquários ou áreas onde insetos e microorganismos são comuns. Ou seja, o aparelho monitora o ecossistema, disparando um alarme caso a temperatura não seja adequada para sua existência.
Ao trocar o sensor, o circuito também pode ser usado para monitorar a quantidade de luz em um ambiente, disparando um alarme se o local ficar muito escuro ou muito claro. O alarme é um bipe acionando um transdutor piezoelétrico ou um alto-falante.
Os Biônicos
O dispositivo imita os sensores encontrados em muitas criaturas vivas e pode ser usado nas seguintes aplicações:
• Controlar a temperatura de uma estufa ou outra área monitorada.
• Soar um alarme em caso de incêndio.
• Alerte alguém se os aquecedores ou sistemas de refrigeração falharem devido a cortes de energia ou outras causas.
Como funciona o circuito
Os comparadores de tensão são amplificadores de operação de ganho muito alto, tendo duas entradas, conforme mostrado na Figura 1.
A fiação de um divisor de tensão na entrada inversora (- IN) determina uma tensão de referência (REF) neste ponto. Se a tensão de entrada for menor que a tensão de referência, a saída permanece baixa (0 V). Mas se a tensão de entrada for maior do que a tensão de referência, a saída fica alta (Vcc).
Podemos conectar o dispositivo para que funcione da maneira oposta. Se a tensão de referência for aplicada à entrada não inversora (4-IN), a saída será alta (Vcc) quando a entrada for menor que a tensão de referência e a saída será baixa quando a tensão de entrada for maior que a referência. Esse desempenho é mostrado na Figura 2.
Dois comparadores operando em modos diferentes podem ser combinados de modo que se tornem o que é conhecido como um comparador de janela. Este circuito é mostrado na Figura 3.
Como podemos ver, duas tensões de referência são aplicadas aos comparadores, V1 e V2. Se a tensão de entrada for inferior a VI ou superior a V2, a saída será baixa. A saída é alta apenas se a tensão estiver na faixa compreendida por V1 e V2.
Se um transdutor de temperatura fornece a entrada, podemos converter a tensão em temperaturas. A saída do circuito estará em nível alto se as temperaturas estiverem entre os valores ajustados pelas referências. A saída do circuito passa para um inversor de forma que um oscilador de dois tons é acionado quando as temperaturas estão fora da faixa ajustada.
O leitor pode fazer algumas melhorias neste circuito, como adicionar um relé para alimentar um aquecedor ou um refrigerador de acordo com a aplicação.
Como montar
O circuito é montado em uma placa de circuito impresso (PCB) ou em um tesouro sem solda. Um padrão de PCB é mostrado na Figura 5.
O sensor é um resistor de coeficiente negativo comum (NTC), um dispositivo que altera a resistência em função da temperatura. Essencialmente, é um sensor de temperatura.
P3 deve ter valores que são o dobro da resistência NTC ou mais em uma temperatura normal. Por exemplo, se o NTC for do tipo 10 k, use um potenciômetro de 22 a 47 k. Podem ser usados tipos com resistências em temperaturas normais (ambiente ou 20 'C) entre 10 e 100 quilohms.
O amplificador operacional pode ser substituído por um dispositivo equivalente. Mesmo tipos comuns como o 741 podem ser usados. A única preocupação é escolher um amplificador operacional que opere com fontes de baixa tensão (6 volts).
A maioria desses dispositivos tem uma característica linear (ou seja, a resistência muda em relação direta à temperatura), tornando os ajustes mais fáceis com base em um termômetro comum.
O sensor pode ser colocado longe do circuito e, se exposto à água ou às condições ambientais, é recomendável protegê-lo com vidro, epóxi ou outras substâncias. É claro que, quando protegido, o dispositivo demorará mais para responder às mudanças de temperatura.
Durante a montagem, deve-se observar a posição dos componentes polarizados, como circuitos integrados (ICs) e a fonte de alimentação. O circuito tem um consumo de corrente muito baixo e isso significa que as chamadas terão uma vida útil prolongada. Se o leitor do mal quiser, uma fonte de alimentação pode ser usada para fornecer energia para este projeto.
Testando e usando
Feche S1 para ligar o circuito. Ajuste P1 e P2 para parar o alarme se ele estiver ativado. P3 ajusta a sensibilidade do circuito, então comece do ponto onde P3 está na resistência máxima.
Primeiro, coloque o sensor em um local frio (usando um pouco de gelo, por exemplo) e ajuste P1 para acionar o alarme. Encontre um ponto onde, respirando no sensor, o alarme pare.
Agora coloque o sensor próximo a um ferro de solda, conforme mostrado na Figura 6. Não toque o sensor no ferro. Ajuste P2 para acionar o alarme.
Este é um ajuste simples e básico. Um ajuste mais preciso pode ser feito, usando um termômetro como referência. Uma vez ajustado, o sensor pode ser instalado onde a temperatura deve ser monitorada.
Lista de Peças
Peças Requeridas
IC-1: amplificador operacional de circuito integrado LM324
IC-2: 4093 circuito integrado CMOS
D1, 02: 1N4148 diodo de silício de uso geral
P1, P2: potenciômetro trimmer de 10 kΩ
P3: potenciômetro trimmer de 10 kΩ a 1 MΩ (ver texto)
R1: resistor de 10 kΩ x 1/8 W, marrom, preto, laranja
R2: resistor de 4,7 kΩ x 1/8 W, amarelo, let, vermelho
R3: resistor de 1 MΩ x 1/8 W, marrom, preto, verde
R4: resistor 47 kΩ x 1/8 W, amarelo, violeta, laranja
C1: cerâmica de 0,47 µF ou capacitor de poliéster
C2: capacitor de cerâmica ou poliéster 0,047 µF
C3: capacitor eletrolítico de 100 µF x 12 V
NTC: 10 kΩ a 470 kΩ NTC
BZ: Transdutor piezoelétrico
S1: botão liga / desliga
B1: Uma fonte de 6 V ou quatro células AA
Outros: PCB ou placa sem solda, fios, porta-células, solda, etc.
Circuitos e ideias adicionais
O circuito básico pode ser alterado para realizar outras funções e algumas sugestões são fornecidas nesta seção.
Conduzindo um Relé
A Figura 7 mostra como acionar um relé quando a temperatura cai abaixo de um valor ajustado ou sobe acima do valor.
Podem ser usados relés de seis ou 12 volts. A única preocupação neste caso é usar a tensão de alimentação de acordo com o relé. Tipos com bobina de 50 miliamperes são os melhores.
Usando um diodo como sensor
Diodos comuns também podem ser usados como sensores, conforme mostrado na Figura 8.
Ao usar diodos, um transistor deve ser adicionado para aumentar a corrente no circuito a um valor que pode conduzir o amplificador operacional. Qualquer diodo de silício pode ser usado como sensor. Os ajustes são feitos da mesma forma que na versão básica.
Monitoramento de luz
A Figura 9 mostra como substituir o NTC por um resistor dependente de luz (LDR) para monitorar a luz de um ambiente particular.
Qualquer LDR comum pode ser usado. P3 ajusta a sensibilidade do circuito de acordo com a faixa de luz a ser monitorada. Outros sensores resistivos, como sensores de pressão ou sensores de posição (potenciômetros), podem ser utilizados neste projeto.
A Figura 10 mostra como usar um potenciômetro como sensor de posição, monitorando o nível da água em um reservatório.
O leitor também pode encontrar muitas outras aplicações para este circuito no monitoramento de bioprocessos.
