Alarme de Incêndio Simples

    Alarme de Incêndio simples com o Sensor LM35

    Aplicação:

   Este projeto consiste em um acionamento eletroeletrônico pelo valor da temperatura escolhida. Trata-se de um circuito que ao comparar a temperatura desejada, acionará o contato NA do relé e com isso, enviará um novo comando elétrico para ativar por exemplo: alarme sonoro, comando para um central de alarme, ou um sistema hidráulico contra incêndio.

    

    Componentes:

    1 trimpot (100k);

    1 trimpot (5k);

    1 resistor 1/4 W %5 (10K);

    1 resistor 1/4 W %5 (1k);
    1 diodo 1N4002 ou 1N4004;
    1 capacitor de cerâmica (22nF);

    1 transistor BJT BC547;

    1 Amplificador Operacional (Amp.OP) LM358;

    1 C.I LM35;

    1 relé de 5Vdc - 1 à 4 contatos;
    1 Fonte de 5Vdc - 0.5 à 1A;
    

 
   Esquema Elétrico:

   Descrição:

   O C.I LM35 é um transdutor linear de temperatura que a cada grau Celsius equivale a 10mV no seu pino 2 (Vout). Usaremos um Vout de 550mV equivalente a 55ºC como exemplo na figura abaixo:


                                       

 
 
     O Amp.Op LM358 receberá em seu pino 3 o tensão Vout do sensor de temperatura. No bloco U1:A, o Amp.Op está configurado como amplificador não-inversor com um ganho total de 5, portanto:

     G = RF/R1 +1

     Assim:

    5 = RF/10k +1

    RF = (-1+5)*10k

    RF = 40k (Valor aproximado da resistência RV1 - potenciômetro 100k)


    Projetei o  VRF (pino 1) para a cada 10ºC ser equivalente a 0,5V, ou seja, quando o sensor ler uma temperatura ambiente de 15ºC teremos um VRF:

   Ganho Amp.Op:                                       Percentual:
                         
   10º = 100mV                                              10º = 0,5V
 
   15º = 150mV                                              15º = aumento de 50%

   VRF = 150mV * 5                                     VRF = (0,5 * 50%) + 0,5
 
   VRF = 0,75V                                             VRF = 0,75V

     Com a temperatura de 55º C conforme a figura 1, teremos:

  VRF = 550mV * 5 = aprox. 2,75V


  No bloco U1:B (figura abaixo) temos o segundo Amp.OP do LM358 configurado como comparador de tensão, porém, para maior precisão na função deveríamos usar um próprio C.I comparador como por exemplo, o LM 339.

    

     A tensão V- (pino 6) será ajustada pelo potenciômetro (RV2), correspondentemente  a temperatura (neste caso 55ºC) escolhida para a saturação do Amp.Op.

     A tensão V+ (pino 5) é a tensão VRF.

    Quando tivermos uma condição de  V+  >= V- , VO (pino 7) terá praticamente 4Vcc. Na teoria, quando essa condição fosse verdadeira, VO = Vcc = 5V.

   
    Esta   tensão positiva é suficiente para a saturação do transistor BC547 (Q1) que energizará a bobina do relé 5Vdc (RL1) ocasionando o fechamento do contato NA.

    O diodo 1N4002 (D1) está protegendo o transistor contra a sobretensão causada pela bobina do relé.
     
     O conector (CON1) podemos utilizar um borne KRE de três vias para facilitar o acesso do contato NA com a instalação externa. Este outro circuito poderá acionar uma carga ou um comando tanto CA ou CC dependendo dos limites de potência do relé.

    Obs.: A simulação no Protheus ISIS só funcionará com o R2 no valor de 31k à 33k.  Na prática o valor do R1 1k à 1k2.
   

    A seguir a imagem do projeto montador na protoboard:

    

   

   Este projeto pode ser aprimorado adicionando resistores de precisão, capacitores para filtro, diodo de proteção, diodo zener para estabilidade, e ao invés de um transistor bc 547, podemos usar um opto acoplador 4n25 ou PC817 para isolamento elétrico.

    Abaixo, o vídeo-teste:

                                      

   

  Detalhes dos componentes: LM 35, LM358 e LM339 nos links abaixo:

       http://www.ebah.com.br/content/ABAAABlzsAL/lm-35

       http://www.embarcados.com.br/amplificador-operacional/

 http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/artigos/54-dicas/979-amplificadores-operacionais-e-comparadores

      

Projeto Parte 5: Sistema de Controle

    A última etapa da construção de um projeto, ficaremos mais por dentro do Sistema de Controle.

    Sistema de controle é um os mais dispositivos que comandam a funcionalidade de outros dispositivos. Desde sistemas simples como o de uma boia que controla o nível de água em uma caixa d'água; até sistemas  microprocessados, como os de uma fábrica de carros.

     Existem dois Sistemas de Controle: Malha Aberta e Malha Fechada.


     Controle em Malha Aberta

    Um sistema de controle em malha aberta utiliza um dispositivo atuador para controlar o processo diretamente sem a utilização de realimentação (feedback). Por exemplo: uma máquina de prensar, o operador posiciona a peça no local certo e depois aperta os dois botões simultaneamente para máquina realizar seu trabalho. Nenhum parâmetro foi analisado pela máquina para a realização de um trabalho mais preciso. Na figura abaixo o diagrama de blocos deste controle em malha aberta:

     

     

      

     Vantagens:

• É um sistema relativamente simples de ser adotado;

• Baixo custo;

• Rápida manutenção;       

       
     Desvantagens:

• Baixa precisão;

• O circuito necessita estar instável para funcionar corretamente;

     Controle em Malha Fechada
    

    Neste sistema de controle o sinal de erro que corresponde à diferença entre os valores de referência e de realimentação, podendo ser o sinal de saída ou uma função do sinal de entrada, é introduzido no controlador de modo a reduzir o erro e a manter a saída do sistema num determinado valor, escolhido pelo operador. Abaixo o diagrama de bloco correspondente a este controle:

  

    

     Vantagens:

• São precisos;
• O circuito não precisa está 100% estabilizado;
• O processo ser torna mais automático;

     

     Desvantagens:

• Maior custo ;
• São mais complexos;
• Atrasos de tempo pode comprometer o processo final;

     

    Mais detalhes nos links:

    http://www.ebah.com.br/content/ABAAAenKIAE/sistemas-controle

    https://youtu.be/bF3Qsf2Ng8E

    
     

Esquema Fonte Linear Simétrica

     Para encerrar a parte de fontes de alimentação, veremos a seguir  o esquema elétrico  de uma fonte simétrica desenvolvida por apensas duas baterias:

 

     O correto é usar baterias do mesmo tipo e potência. Neste caso são duas baterias seladas de chumbo-ácido reguladas por válvula (VRLA) de 12V e 2,3AH (ámper hora).

     Desenvolvendo projetos utilizando  essas células de energia precisamos entendê-las começando pela sua composição química e os seus níveis de tensão e corrente na qual poderemos usar como carga e recarga.

      Abaixo o link com um manual técnico de uma bateria dese tipo:

      http://www.rta.com.br/arquivos/Manual-Baterias-Rev.01.pdf

     Conceitos básicos de baterias:

     http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3208-art437

    Com este circuito poderemos usar quatros tensões: +12Vcc, +12Vcc, +5Vcc utilizando o  regulador 7805 e o -5Vcc usando o regulador 7905. 

    Circuito básico e eficaz com baixos níveis de ruído. A carga máxima: 24W em 12V e  aplicando dissipadores de calor com pasta térmica, podemos utilizar aproximadamente  10W com 5V. 

   

Esquema Fonte Linear

    Nas imagens a seguir, o esquema elétrico de uma fonte linear de 1,2Vcc à aproximadamente14Vcc com ajuste de tensão e corrente.

     Este circuito é simples e pode ajudar muito em pequenos projetos ou como carregador de bateria que exijam a carga de até 24W (obs.: no caso de bateria precisa-se saber a tensão e a corrente correta para carregá-la, caso contrário danificará a bateria).

     Substituindo o transformador (TR1) por outro de tensão 25V + 0V, poderíamos torná-la uma fonte linear de 1,2Vcc à aproximadamente 32Vcc. 

    

    Utilizando o CI regulador de tensão positivo LT338 que pertence a mesma família dos reguladores LM138A, LT138, LM338A.

    Descrição do datasheet: 

    

    A série LT138A de reguladores ajustáveis fornecem 5A corrente de saída em uma faixa de tensão de saída de 1.2V a 32V.

   A referência de tensão interna é aparado para menos de 1%, permitindo uma tensão de saída melhorada. A excelente linha e regulação de carga, com proteção contra sobrecarga completa, LT138A incorpora o novo circuito de limitação de corrente permitindo que correntes de carga transitória grandes para serem manipulados por períodos curtos. Correntes de carga transientes de até 12A pode ser fornecido sem limitar, eliminando a necessidade de um grande capacitor de saída.

    O LT138A é uma versão melhorada do LM138 populares com melhorou o projeto de circuito e técnicas avançadas de processo para proporcionar desempenho e confiabilidade superiores.

     Poderíamos utilizar o popular LM117, mas sua potência é inferior, ao LT338 que sendo projetado com uma boa dissipação de calor, alcançará 160W.

     O ajuste da tensão da tensão de saída neste circuito é muito simples, bastando variar o potenciômetro de 5k (RV2). Já o ajuste da corrente, variando o potenciômetro 1k (RV1), no lugar deste componente podemos usar um trimpot de 1k.

Projeto Parte 4: Fonte de Alimentação

    Para entendermos melhor sobre as fontes de alimentação,  precisamos ter ideia sobre a conversão de corrente. Abaixo o resumo dessas conversões:

    

    Existem dois tipos de fontes: as Lineares e as Chaveadas (Comutadas). O  projetista terá o trabalho de analisar e pesquisar qual a fonte de alimentação se encaixa melhor em seu projeto.

     Fonte Linear

     Essa fonte de alimentação possui cinco etapas: Transformador abaixador > Retificação > Filtro > Circuito Regulador > Carga;

     Tensão Alternada (VCA) na faixa de 60Hz entra no primário do transformador abaixador e seu secundário rebaixa a tensão na qual o trafo fora projetado. A saída CA passa por uma ponte retificadora de diodos, transformando-se em CC Pulsante, que segue rumo ao filtro (capacitores) gerando CC. A tensão contínua passa pelo circuito regulador - feito de transistores ou circuitos integrados - gerando a tensão regulada e estabilizada.

 
     Vantagens: facilidade de manutenção, fácil montagem, resposta rápida;

   Desvantagens: baixa eficiência por causa das perdas do circuito regulador, possuem grande volume e peso, a tensão do circuito é dividida entre o elemento regulador, normalmente um transistor de potência e a carga.

      Fonte Chaveadas 

    

   Com o funcionamento mais complexo, esta fonte possui praticamente nove etapas: Condicionadores e Filtros de Linha > Retificador > Capacitor de Armazenamento > Elemento de Regulação por Chaveamento > Transformador > Retificador > Filtro > Carga > Barreira de Isolação > Circuito de Controle;

       Segundo o livro "Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos" de Robert L. Boylestad e Louis Nashelsky, A entrada CA é conectada ao circuito por uma série de condicionadores e filtros de linha, que removem o ruído elétrico. A entrada então é retificada e levemente filtrada. A alta tensão CA é chaveada em uma taxa de aproximadamente 100kHz. A taxa e a duração do chaveamento são controladas por um circuito integrado especial. Um transformador de isolamento toroidal liga a tensão chaveada CC a um circuito retificador e a um filtro. A saída da fonte de alimentação é realimentada novamente no circuito integrado (CI) de controle. Monitorando a saída, o CI pode regular a tensão de saída.

       Vantagens: alta eficiência, menores dissipadores de calor, diminui ou aumenta a tensão de saída, baixo volume e peso;

      Desvantagens: manutenção mais complexa e mais cara, interferências eletromagnéticas, tempo de resposta maior entre a carga e a entrada;

         Para mais detalhes sobre as fontes de alimentação consulte o site: 

       

   http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/8397-como-funcionam-as-fontes-chaveadas-art1448  

     
       Fontes Simétricas
       
     São fontes que possuem a tensão positiva e tensão negativa referentes ao terra (gnd). Vários equipamentos eletroeletrônicos possuem esta fonte, equipamentos de som, imagem, transdutores de temperatura e etc. Fontes simétricas podem ser desenvolvidas através dos dois tipos: Linear e Comutada.

       Saiba mais no site:

 http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/artigos/54-dicas/570-projetos-de-fontes-simetricas-art052.html


         

Projeto Parte 3: Inicialização

    Seguindo o diagrama anterior, temos a noção de como é inicializado um projeto. Mas como estamos estudando do ponto zero, precisamos destes conceitos:

• Todo projeto eletroeletrônico obviamente supri energia elétrica para realizar trabalho. Então, teremos que analisar a carga máxima e seus parâmetros de tensão no circuito e com isso, desenvolvermos a fonte;

• A fonte  nada mais é que uma célula de energia elétrica que gera corrente elétrica. Existem dois tipos de corrente elétrica mais utilizados: a Corrente Alternada (CA) ou (AC) e a Corrente Contínua (CC) ou (DC). Obs.: Não podemos descartar a existência da Corrente Contínua Pulsante. Para mais detalhes técnico consulte:

         http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/corrente.php

         http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/caecc.php

• Precisamos saber qual será a origem da energia que iremos utilizar, por exemplo,Vamos utilizar a rede elétrica da concessionária? Bateria ? Ou de outros fins: Eólica, Solar e etc;

• Definindo o tipo de corrente elétrica que será utilizada e sua origem, a potência de operação do circuito para a realização do trabalho, podemos começar os estudos para  desenvolver a fonte;

Projeto Parte 2: Diagrama

     

Projeto Parte 1

    Fiz uma pequena e rápida pesquisa com os meus colegas que atuam ou estudam na área de eletroeletrônica, e com isso, concluí que a maior dificuldade dos iniciantes é a prática. Explicando melhor, a  maioria conhece a teoria, sabe se virar em questões que envolve a física e a matemática, entretanto, a minoria desconhece a prática; por falta de oportunidade,  interesse ou por conta de um ensino defasado. Muitos dos recém formados encontram essa dificuldade principalmente na hora de uma avaliação prática numa entrevista de trabalho por exemplo.

      Países subdesenvolvidos como o Brasil a mão de obra é barata, contudo, as empresas exigem cada vez mais a qualificação dos empregados ou futuros colaboradores, o terno que define muito bem isso: "O mercado de trabalho exige de um país pobre uma educação de um país rico". Talvez porque as multinacionais no setor tecnológico são todas estrangeiras. Entretanto, não é o intuito firmar o assunto nisso.

    Para tentar resolver este problema o mais óbvio é praticar, mas como? Fazendo experimentos e projetos. Se a teoria completa a prática todos somos aptos ao desenvolvimento basta ter dedicação e humildade.

     Irei dedicar as minhas próximas postagens no passo à passo de um projeto. E depois montar algum trabalho seguindo isso.