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.
![Figura 2 - Operando no modo inverso
Figura 2 - Operando no modo inverso](/images/stories/artigo2023/ma0160_0002.png)
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.
![Figura 3 - O comparador de janela
Figura 3 - O comparador de janela](/images/stories/artigo2023/ma0160_0003.png)
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.
![Figura 6 - Ajustando o circuito
Figura 6 - Ajustando o circuito](/images/stories/artigo2023/ma0160_0006.png)
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.
![Figura 7 - Excitando um relé
Figura 7 - Excitando um relé](/images/stories/artigo2023/ma0160_0007.png)
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.
![Figura 8 - Usando um diodo como sensor
Figura 8 - Usando um diodo como sensor](/images/stories/artigo2023/ma0160_0008.png)
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.
![Figura 9 Luz de monitoramento
Figura 9 Luz de monitoramento](/images/stories/artigo2023/ma0160_0009.png)
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.
![Figura 10 – Monitoramento de posição
Figura 10 – Monitoramento de posição](/images/stories/artigo2023/ma0160_0010.png)