Dentro da nossa série de projetos em matriz de contacto, descrevemos a montagem de um alarme de uso geral que opera com sensor LDR e que já incorpora um sistema de aviso de baixa potência com transdutor piezoelétrico. Esse transdutor emite o som de sirene. Como o circuito tem um consumo muito baixo ele pode ser alimentado por pilha ou bateria.
Nota: Este artigo foi publicado na Revista Mecatrônica Fácil 24 de setembro/outubro de 2005
Temos duas versões possíveis para o alarme que descrevemos: ele pode ser acionado por um foco de luz ou pela passagem de um objeto diante do sensor de modo a lhe fazer sombra.
A diferença entre as duas versões está apenas no modo como o sensor é ligado. Assim, quando o sensor deste alarme é ativado (luz ou sombra) por um instante, ele dispara o sistema de aviso que toca por um tempo determinado por R2 e C2 no circuito.
Os valores desses componentes podem ser escolhidos para que esse tempo fique entre alguns segundos até mais de meia hora.
Mesmo que o sensor volte à condição inicial, ou seja, sem luz ou sem sombra, o alarme continua tocando até que o tempo programado tenha passado.
Uma ideia de aplicação para este sensor em robótica é como dispositivo de visão artificial, permitindo que o robô emita um aviso sonoro quando iluminado ou quando passar por um local escuro, conforme mostra a figura 1.
Como o consumo do alarme na condição de espera é muito baixo, menos de 1 mA, ele pode ficar permanentemente ligado, e mesmo assim as pilhas ainda durarão muito tempo.
Podemos usar o sensor em:
• Alarmes de passagem
• Detector de relâmpagos
• Detector de objetos
• Alarme de falta de energia (luz)
Como Funciona
O sensor consiste num LDR que é ligado à entrada de disparo de um circuito integrado 555 na configuração monoestável.
Quando a resistência do LDR varia de modo que um nível baixo de tensão seja aplicado ao 555 temos o disparo. Como o LDR diminui sua resistência ao receber luz, temos duas formas possíveis de ligação mostradas na figura 2.
Em (a) o LDR dispara o circuito quando recebe luz e em (b) ele provoca o disparo ao deixar de receber luz (sombra).
Os potenciômetros ligados em série servem para fazer o ajuste de sensibilidade, ou seja, o ponto de disparo.
Quando o sensor é ativado por um instante, o 555 dispara produzindo em sua saída um nível alto por um tempo que depende de R2 e C1 conforme a seguinte fórmula:
t = 1,1 x R2 x C1
Onde R2 é dado em ohms, C1 em Farads e o tempo obtido em segundos.
Com o valor máximo recomendado tanto de R2 como C1 que seriam 2,2 M ohms e 1 000 uF temos tempos que chegam perto de uma hora.
O nível alto da saída do 555 habilita dois osciladores elaborados em torno de duas das portas disparadoras de um circuito integrado 4093.
Um dele produz um tom de áudio cuja frequência é determinada por R3 e C2 e o outro produz a intermitência que depende de R4 e C3.
Os dois sinais são combinados nas outras duas portas do circuito integrado que funcionam como um amplificador “buffer” digital alimentando diretamente o transdutor piezoelétrico que reproduz o sinal.
As formas de onda dos sinais gerados pelo circuito são mostradas na figura 3.
Não se recomenda o uso de alto-falante ou outro tipo de transdutor pelo consumo e pela capacidade de excitação do circuito integrado.
Montagem
Na figura 4 temos o diagrama completo do alarme.
A montagem é realizada numa matriz de contacto ou placa universal com o mesmo padrão com disposição de componentes mostrada na figura 5.
O transdutor é do tipo piezoelétrico de alta impedância. Não servem transdutores de baixa impedância ou com osciladores incorporados. Um fone de telefone serve para essa aplicação.
O LDR é do tipo grande DSD4060 ou equivalente que pode ser instalado dentro de um tubinho opaco com uma lente para se obter maior sensibilidade e diretividade, conforme mostra a figura 6.
Na montagem observe a polaridade dos capacitores eletrolíticos e bateria e a posição dos circuitos integrados.
Os capacitores eletrolíticos podem ter qualquer tensão de trabalho a partir de 12 V, ou conforme a alimentação.
Prova e Uso
Uma vez completada a montagem e conferidas as ligações, tampe e destampe o sensor ajustando P1 para obter o acionamento. O alarme vai tocar por alguns segundos com os valores de R2 e C1 recomendados no diagrama.
Se o tom não lhe agradar ou ainda a intermitência, altere os valores de R3 e R4 à vontade. Apenas não use componentes menores do que 10 k para essas funções.
Verificado o funcionamento é só instalar o alarme.
Na figura 7 mostramos uma interessante aplicação em que montamos o aparelho com um alarme de passagem disparando quando uma pessoa passar na sua frente.
Aproveitamos, neste caso, a iluminação de uma janela ao fundo.
CI-1 – 555 – circuito integrado – timer
CI-2 - 4093 – circuito integrado CMOS – 4 portas NAND disparadoras
R1, R3 -47 k ohms x 1/8 W – resistor – amarelo, violeta, laranja
R2 – 100 k ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, amarelo
R4 – 1 M ohms x 1/8 W – resistor – amarelo, violeta, amarelo
C1 – 10 uF – capacitor eletrolítico
C2 – 47 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C3 – 180 nF – capacitor de poliéster ou cerâmico
C4 – 100 uF a 470 uF – capacitor eletrolítico
BZ – Transdutor piezoelétrico – ver texto
LDR – DSD4060 ou equivalente – LDR redondo comum grande
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contatos, suporte de pilhas ou conector de bateria, sensores, fios, caixa para montagem, solda, etc.
