Os sensores magnéticos consistem na melhor solução para sistemas de alarmes de intrusão tanto de uso doméstico como de qualquer outro ambiente. Veja nesse artigo como funcionam esses sensores e como usá-los, com alguns circuitos práticos.
Os sensores magnéticos de alarmes, como o mostrado na figura 1, consistem em pares de dispositivos formados por um imã e um reed-switch.
O reed-switch nada mais é do que uma chave de lâminas, que pode ser acionada por um campo magnético. Conforme mostra a figura 2, na ausência do campo magnético as lâminas permanecem afastadas uma da outra e com isso o circuito alimentado está aberto.
Quando o campo magnético de um imã atua sobre a lâmina elas se atraem e encostam uma na outra, fechando o circuito.
Os reed-switches usados como sensores de alarmes são extremamente rápidas e eficientes nos contactos, se bem que não sejam projetados para operar com correntes intensas.
Assim, nas aplicações práticas, os reed-switches são usados para acionar circuitos de potência com SCRs, transistores, relés e outros dispositivos semelhantes.
Para proteger uma porta, uma janela ou um objeto qualquer contra a abertura ou remoção o que se faz é prender o imã na parte móvel (porta, janela ou objeto) e o reed-switch (sensor propriamente dito), na parte fixa (batente ou mesa), conforme mostra a figura 3.
O circuito deve ser projetado para operar no modo NF (Normalmente Fechado), ou seja, o circuito permanece desligado quando o reed-switch está fechado, ou com o imã próximo.
Quando o imã é afastado, o reed-switch abre e com isso o circuito é ativado, disparando um alarme ou sistema de aviso.
No uso desse tipo de sensor, o seu posicionamento é importante pois o intruso não pode suspeitar de sua presença, ou mesmo se suspeitar, não deve ter acesso ao sensor. Basta ligar os fios do sensor um no outro, ou ainda colocar um segundo imã nas proximidades para que o sistema seja inibido, e não funcione, conforme mostra a figura 4.
Veja então que numa porta ou janela, o sensor deve ficar sempre do lado de dentro e invisível do lado de fora. Da mesma forma, os fios usados na conexão do sensor ao circuito eletrônico não devem ficar nem visíveis e nem acessíveis.
Sensores Metaltex
A Metaltex (www.metaltex.com.br) , além de relés, solenóides e uma ampla linha de dispositivos para automação e controle, também possui sensores para alarmes. Dentre eles destacamos os tipos SM1000 e SM2000 especialmente indicados para os circuitos que daremos a seguir. Na figura 5 temos os aspectos e dimensões desses sensores.
Esses sensores podem ser obtidos nas versões com contactos NA (normalmente abertos) e NF (normalmente fechados) para o elemento que tem o reed-switch. Isso facilita o projeto de aplicações diferentes em que o acionamento seja feito pela abertura ou fechamento dos contactos.
Características:
Potência de comutação máxima: 10 W
Corrente de comutação máxima: 500 mA
Tensão de comutação máxima: 200 Vdc
Tempo de operação máximo: 0,6 ms
O Circuito eletrônico
Existem diversas possibilidades de se utilizar circuitos eletrônicos relativamente simples para um sistema de alarme usando sensores magnéticos. A seguir vamos dar alguns exemplos.
Nesses exemplos, levamos em conta que é importante também que o circuito tenha um consumo muito baixo de energia na condição de espera, principalmente se for usada bateria na sua alimentação.
Veja que o uso da bateria tem por vantagem o fato de que um intruso não pode desativar o sistema desligando a chave de entrada da energia do local.
Também deve-se prever que o circuito eletrônico possa admitir o uso de diversos sensores ligados em série, conforme mostra a figura 6.
Dessa forma, com um único circuito, diversos locais podem ser protegidos ao mesmo tempo. Basta que um dos sensores abra para que o alarme dispare.
Circuito 1
O circuito apresentado na figura 7 é bastante simples e eficiente, tendo por principal característica seu consumo de energia extremamente baixo na condição de espera.
O circuito tem ainda o que se denomina “ trava” , muito importante nesse tipo de aplicação. Uma vez disparado, ele assim permanece, mesmo depois que o sensor seja novamente fechado. Para desativar ou ressetar o alarme existem procedimentos que serão explicados mais adiante.
O SCR TIC106 pode alimentar tanto um relé como um circuito de sirene simples que funcione com 12 V.
Para a alimentação de relé, deve-se prever que ao ser disparado, o SCR apresenta uma queda de tensão da ordem de 2 V. Assim, se a alimentação do circuito for de 12 v, sobre a carga aparecerão 10 V.
Nossa recomendação é que se use o circuito com alimentação de 9 V e relé de 6 V. Os 9 V devem vir de 6 pilhas comuns, lembrando que o consumo será maior quando o alarme estiver disparado.
Para ressetar o alarme existem duas opções. Uma delas consiste em se refazer as ligações dos sensores (todos fechados) e desligar por um momento a alimentação. A outra consiste em se pressionar S1 do circuito, curto-circuitando o SCR por um instante.
Lista de Material
SCR1 – TIC106 – diodo controlado de silício – qualquer sufixo
D1 – 1N4148 – diodo de uso geral
K1 – Relé de 6 V x 100 mA – Metaltex ou equivalente – contactos conforme a carga
B1 – 9 V - fonte ou 6 pilhas
R1 – 47 k ohms – resistor – amarelo, violeta, laranja
X1 a Xn – sensores magnéticos SM1000 ou SM2000 (Metaltex) com contactos NA.
C1 – 100 uF x 12 V – capacitor eletrolítico
Diversos:
Placa de circuito impresso, fonte de alimentação ou suporte de pilhas, fios finos para os sensores, caixa para montagem, parafusos de fixação, solda, etc.
Circuito 2
O circuito mostrado na figura 8 utiliza transistores em lugar de SCR, sendo que a função trava é dada pelos contactos adicionais do relé que realimenta o circuito.
Esse circuito pode ser alimentado com tensões de 6 V ou 12 V, conforme o relé. Recomendamos o uso de relés Metaltex de baixo consumo (50 mA a 100 mA, conforme a tensão).
Para desativar o alarme deve-se rearmar os sensores e desligar a alimentação do circuito, ligando-o novamente depois.
Lista de Material
Q1 – BC548 ou equivalente – transistor NPN de uso eral
K1 – Relé de 6 V com dois contactos reversíveis (Metaltex)
D1 – 1N4148 – diodo de uso geral
R1 – 10 k ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, laranja
X1 a Xn – sensores SM1000 ou SM2000 (Metaltex)
B1 – 6 v – 4 pilhas comuns ou fonte de alimentação – para versão de 12 V alterar o relé e usar fonte ou bateria
C1 – 100 uF x 16 V – capacitor eletrolítico
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contactos, fonte ou suporte de pilhas, caixa para montagem, fios finos para os sensores, parafusos de fixação, fios, solda, etc.
Circuito 3
Esse circuito funciona ao contrário, ou seja, o alarme é ativado quando o reed-switch fecha os contactos. Na figura 9 temos o seu diagrama.
A alimentação pode ser feita com 6 V ou 12 V conforme o tipo de relé usado. Na condição de espera, o consumo é muito baixo, o que permite o uso de pilhas na alimentação.
Nesse caso, não existe trava, desligando o circuito quando os sensores estiverem abertos. Veja que nesse caso, a ligação dos sensores é feita em paralelo. A quantidade de sensores que pode ser usada nesse circuito é praticamente ilimitada e seu comprimento também pode ser muito longo.
Lista de Material
Q1 – BC548 ou equivalente – transistor NPN de uso geral
K1 – 6 V ou 12 V – relé sensível de 50 mA a 100 mA – Metaltex
D1 – 1N4148 – diodo de uso geral
R1 – 22 k ohms x 1/8 W – resistor – vermelho, vermelho, laranja
X1 a Xn – Sensores SM100 ou sm2000 NA (ou NF para um sistema “ ao contrário)
B1 – 6 V ou 12 V – pilhas ou fonte de alimentação, conforme o relé usado
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contactos, suporte de pilhas ou fonte de alimentação, fios finos para os sensores, caixa para a montagem, parafusos de fixação para os sensores, fios, solda, etc.
Circuito 4
O que temos na figura 10 é um alarme combinado, em que temos tanto a ação se sensores quando forem fechados como também quando forem abertos.
Para maior simplicidade, usamos SCR, o que garante a trava e também um consumo muito baixo de corrente na condição de espera. Deve também ser levada em conta a queda de tensão de aproximadamente 2 V no SCR em condução.
Para o rearme, os sensores devem ser rearmados e depois a alimentação desligada e ligada por um momento. Também pode-se usar o interruptor em paralelo com o SCR, pressionando-o por um momento.
O único inconveniente desse circuito, que é uma situação cuja ocorrência é altamente improvável, é que ele não disparará se todos os sensores forem ativados exatamente ao mesmo tempo, pois nesse caso não haverá polarização para o SCR.
Lista de material
SCR – TIC106 – diodo controlado de silício – qualquer sufixo
K1 – Relé de 6 ou 12 V – Metaltex – contactos conforme a carga a ser controlada.
D1 – 1N4148 – diodo de uso geral
R1 – 10 k ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, laranja
B1 – 9 V – pilhas ou fonte de alimentação
X1 a Xn – Sensores NA – normalmente abertos Metaltex
Xn+1 a Xm – Sensores NF – normalmente fechados Metaltex
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contactos, caixa para montagem, fonte de alimentação ou pilhas, fios finos para os sensores, fios, solda, etc.
Circuito 5
Na versão sofisticada de alarme da figura 11, temos um retardo no disparo, ou seja, o alarme só entra em funcionamento, e por um tempo programado, depois de um intervalo após o acionamento dos sensores.
O retardo tem um efeito psicológico, pois pega o intruso de surpresa quando ele já invadiu o local. Dessa forma, ele vai procurar sair do local o mais rápido possível, pois não terá condições de examinar o alarme ou o sensor, que disparou.
O tempo de disparo será dado po Ra/Ca que, com os valores indicados estará entre 10 e 20 segundos, observando-se as tolerâncias dos componentes.
O tempo de toque do alarme, será dado por Rb/Cb e estará entre 10 minutos e 20 minutos com os valores dos componentes adotados. O leitor poderá recalcular esses tempos usando a fórmula;
T = 1,1 x R x C
Onde:
T é o tempo em segundos
R é o valor de Ra ou Rb em ohms
C é o valor de Ca ou Cb em farads
Não se recomenda R menor do 1 k ohms ou maior do que 1,5 M ohms. Da mesma forma, C deve ficar entre 1 nF e 1 500 uF.
Na condição de espera o consumo é muito baixo, o que permite o uso de pilhas na alimentação, ou ainda bateria de 12 V. O relé deve ser de 50 mA ou 100 mA com contactos de acordo com a corrente exigida pela carga.
Lista de material
CI-1, CI-2 – 555 – circuitos integrados – timer
Q1 – Bc548 ou equivalente – transistor NPN de uso geral
D1 – 1N4148 - diodo de uso geral
K1 – 6 V ou 12 V – relé sensível – Metaltex
R1 – 10 k ohms x 1/8 W – resistor – marrom, preto, laranja
R2 – 22 k ohms x 1/8 W – resistor – vermelho, vermelho, laranja
Ra, Rb – ver texto
R3 – 4,7 k ohms x 1/8 W – resistor – amarelo, violeta, vermelho
R4 – 2,2 k ohms x 1/8 – resistor – vermelho, vermelho, vermelho
C1, C2 – 1 uf - capacitores eletrolíticos
Ca, Cb – ver texto
C3 – 100 uF x 16 V – capacitor eletrolítico
B1 – 6 V ou 12 V - pilhas ou fonte de alimentação
Diversos:
Placa de circuito impresso ou matriz de contactos, suporte de pilhas ou fonte, caixa para montagem (opcional), fios, fios finos até os sensores, solda, etc.
Conclusão
Os sensores magnéticos são uma excelente opção para a elaboração de sistemas de alarme multi-ponto tanto pela sua eficiência e facilidade de instalação como pelo seu baixo custo.
Uma outra vantagem desse tipo de sensor está no fato dele ser imune à poluição e substâncias que possam afetar os contactos, pois os reed-switches são herméticos.
Enfim, o uso desses sensores consiste numa solução tanto para montagens caseiras de sistemas de alarmes como também para a expansão de sistemas existentes e para a elaboração de novos produtos.
SM2032 - Sensor com LED
Uma novidade da Metaltex (www.metaltex.com.br) é o sensor magnético com LED incluído, o que permite monitorar seu estado de funcionamento.
O dispositivo pode ser alimentado com tensões de 10 a 30 VDC, não havendo necessidade de resistor limitador de corrente externo, pois ele já existe internamente ao circuito. A carga máxima desse dispositivo é de 10 W e ele é fornecido na versão NA (normalmente aberto).
Esse sensor pode ser usado em todos os alarmes descritos nesse artigo.
