Barreira Fotoelétrica Sensível (ART2142)

A passagem de uma pessoa, objeto ou animal entre dois pontos, onde existam uma lâmpada e um sensor dispara este circuito que tanto pode ativar um alarme como acionar algum dispositivo automático (porta, aviso, operação, etc.). O circuito tem duas modalidades de funcionamento: com trava e sem trava e opera diretamente a partir da rede local sem a necessidade de transformador.

Algumas soluções técnicas interessantes fazem deste circuito algo com baixo custo, eficiência e simplicidade que não podemos encontrar em configurações similares.

De fato, apesar de ser alimentado diretamente pela rede local sem transformador, o circuito opera com relé de 12 V e é capaz de controlar cargas de até 10 A.

Não existem outros elementos ativos além de um SCR e o sensor é um LDR comum, com enorme sensibilidade.

O aparelho tem duas modalidades de operação: com trava e sem trava.

Na operação com trava a passagem de um objeto entre a fonte de luz e sensor, interrompendo o feixe, dispara o circuito que se mantém indefinidamente nesta condição, mesmo que o feixe de luz sobre o sensor seja restabelecido.

Para rearmar o circuito é preciso desligar por um momento sua alimentação.

Na operação sem trava o relé se mantém ativado apenas durante o tempo em que ocorre a interrupção do feixe de luz.

A sensibilidade do circuito permite que, com recursos que aumentem a diretividade, até mesmo a luz de uma vela suficiente para excitar o sensor a 10 metros de distância.(figura 1)

Figura 1 – Aumentando a sensibilidade com recursos ópticos

Características:

Tensão de alimentação: 110/220 VCA

Corrente máxima de carga: 10 A

Sensibilidade: 10 metros com luz de vela

Tipos de operação: com e sem trava

COMO FUNCIONA

Para acionar um relé de 12 V com a tensão da rede de 110 V ou 220 V o que fazemos é utilizar um redutor resistivo diferente, que nada mais é do que uma lâmpada comum.

Esta lâmpada é alimentada com corrente contínua retificada por um diodo de silício e dimensionada de tal modo que obtemos entre 12 e 15 V na bobina do relé o que é suficiente para sua energização.

Um capacitor eletrolítico em paralelo com a bobina do relé faz com que as vibrações dos contatos sejam eliminadas.

Em série com o conjunto temos o elemento de controle que consiste num sensível SCR do tipo 106.

Na comporta deste sensor é ligado o circuito de disparo que consiste no LDFi (sensor) no potenciômetro P1 de controle de sensibilidade e resistor R2.

O LDR e o controle de sensibilidade formam um divisor de tensão que leva a comporta do SCR ao limiar do disparo na condição de iluminação normal do sensor

Em função do ajuste podemos chegar a este limiar mesmo com intensidades de luz muito pequenas.

Nestes casos, para que a luminosidade ambiente não interfira no funcionamento do dispositivo é conveniente dotar o sensor de recursos ópticos, como por exemplo: sua instalação num tubo opaco com uma lente convergente que estreita o ângulo observado pelo elemento sensível, conforme mostra a figura 1.

Para maior sensibilidade o LDR deve ficar dentro de área total coberta pelo feixe convergente da lente.

Desta forma, com a súbita interrupção da luz no sensor, a tensão no SCR sobe a ponto de provocar seu disparo.

Sem o capacitor C1 , uma vez restabelecida a condição de limiar com a volta da luz ao sensor, na primeira passagem por zero da tensão de alimentação o SCR desliga e com isso o relé é desenergizado.

Com a presença do capacitor C1 temos uma tensão constante no circuito e a passagem por zero não ocorre.

Desta forma, uma vez disparado, mesmo que a luz volte ao LDR, o SCR não desliga. Para desligá-lo precisamos interromper a alimentação por um instante.

A lâmpada X1 é dimensionada para fazer cair a tensão no relé ao valor necessário ao disparo, entre 12 e 15 V para um relé de 12 V.

Na montagem é interessante o leitor medir esta tensão e eventualmente alterar a potência de X1 se julgar necessário para obter maior ou menor tensão no relé.

MONTAGEM

Na figura 2 temos o diagrama completo do aparelho.

Figura 2 – Diagrama completo do aparelho

A disposição dos componentes numa ponte de terminais é mostrada na figura 3.

Figura 3 – Montagem em ponte de terminais

Para conexão do circuito externo pode ser usada uma ponte de terminais com parafusos ou uma tomada. O diodo é o 1N4004 se a rede for de 110 V e o 1N4007 se a rede for de 220 V.

O capacitor C1 pode ter valores entre 4 e 8 uF (na verdade podem ser usados também capacitores maiores, pois não se trata de componente crítico).

A tensão de trabalho deve ser de pelo menos 250 V se a rede for de 110 V e pelo menos 450 V se a rede for de 220 V.

O fusível é muito importante no projeto. C2 tem uma tensão de trabalho de corrente de acionamento.

Equivalentes podem ser usados com alterações na potência da lâmpada para se obter a tensão necessária ao disparo.

Os resistores são de 1/8 ou ¼ W com 5 a 20% de tolerância e P1 tanto pode ser um trimpot como um potenciômetro.

Para operação com intensidades de luz elevadas P1 pode ser reduzido para 470 k ou mesmo 100 k.

PROVA E USO

A prova inicial de funcionamento pode 25V e o relé é de 12 V com 40 mA de ser feita fora da caixa.

Deixe o LDR iluminado e sem C1 ajuste P1 para obter o limiar do disparo.

Passando a mão na frente do LDR de modo a fazer sombra deve ocorrer o disparo do relé e o acendimento da lâmpada.

Aproveite para medir a tensão no relé. Se estiver muito acima de 12 V (mais de 15 V) diminua a potência da lâmpada X1. Se estiver abaixo de 12 V aumente a potência de X1

Para verificar a trava, coloque C1 no circuito e repita a operação de ajuste.

Para rearmar logo que obter o limiar, desligue por um momento a alimentação.

Comprovado o funcionamento é só instalar definitivamente o aparelho em sua caixa e o LDR.

Na figura 4 temos as posições relativas do sensor e de uma lâmpada que deve ficar permanentemente acesa.

Figura 4 – Posicionamento do emissor e do sensor

A lâmpada deve ser posicionada de modo que só o LDR possa 'vê-Ia' pois esta barreira não é de luz invisível e pode ser detectada por um intruso.

Coloque o LDR num tubo com lente para maior sensibilidade. Faça o mesmo com a lâmpada.

O alarme é ligado conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Ligação do alarme