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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Sistema de alarme de segurança baseado em células solares. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa Para um dispositivo de alarme de segurança, a luz pode servir como uma boa fonte de energia e fornecê-la a um circuito detector localizado a alguma distância dele. Na verdade, esse alarme contra roubo se alimenta completamente.
Princípio de funcionamento do aparelho Você precisa começar com a fonte de luz. Um feixe de luz é direcionado ao longo de uma porta, janela ou sala, formando uma zona de segurança. Na extremidade receptora, a célula solar detecta a presença de um feixe de luz e o converte em eletricidade. A célula solar desempenha um papel importante na operação do dispositivo; ele não apenas detecta luz, mas também alimenta o próprio circuito de alarme. O segredo está na escolha de um esquema de alarme que tenha sido especificamente concebido para garantir um consumo mínimo de energia. Graças a esta característica do circuito, o sinal de saída da célula solar é simultaneamente utilizado como informação útil sobre o feixe de luz e para alimentar todo o dispositivo. Diagrama esquemático O circuito de sinalização pode ser dividido em três partes. Vamos começar nossa consideração com um conversor fotoelétrico. Na verdade, a célula solar discutida até agora refere-se a uma célula solar composta por cinco células conectadas em série. A tensão total de saída da bateria é de 1,6 V com corrente de cerca de 1 mA, dependendo da iluminação real dos elementos. Em primeiro lugar, o painel solar deve fornecer energia ao circuito de alarme. Isto é conseguido carregando uma pequena bateria recarregável de níquel-cádmio. O circuito de carga contém uma célula solar, um diodo D1 e uma bateria. Quando um feixe de luz de “segurança” incide sobre a superfície da bateria solar, a bateria é carregada pela corrente que flui através do diodo D1. Do capítulo anterior sabemos que a bateria reduzirá a tensão de carga para aproximadamente 1,35 V. Deste ponto de vista, a bateria pode na verdade ser considerada um diodo zener. Levando em consideração a queda de tensão de 0,3 V no diodo D1, a tensão da própria célula solar se estabiliza em 1,65 V. A corrente do painel solar também flui através dos resistores R1 e R2. A magnitude desta corrente é inferior a 250 μA, enquanto a maior parte da corrente vai para carregar a bateria. Resistores e R2 são uma parte importante do circuito de detecção. Vejamos tudo em ordem (Fig. 1). Quando a corrente flui através de R1 e R2, ocorre divisão de tensão. As resistências dos resistores R1 e R2 são selecionadas de modo que, quando as células solares são iluminadas, a queda de tensão no resistor R1 seja de apenas cerca de 0,21 V. Essa tensão é adicionada à queda de tensão no diodo D1 (0,3 V), resultando em um potencial a diferença entre o transistor base e emissor Q1 é de 0,51 V. Como Q1 é um transistor de silício com tensão de polarização mínima de 0,7 V, a tensão de base é muito baixa para ligar o transistor. Quando a célula solar é iluminada com luz, o transistor é desligado e nenhuma corrente flui através dele.
Contudo, quando o feixe de luz é interrompido, a corrente do conversor fotoelétrico para, portanto nenhuma corrente flui através do resistor R1. A corrente também para através do diodo D1. O que acontecerá é que R1 se tornará uma fonte de alta impedância, D1 será um diodo polarizado inversamente (devido à perda de tensão da célula solar) e a corrente fluirá através de R2 e da junção base-emissor do transistor Q1. Agora aparecerá uma corrente de coletor. A corrente do coletor é fornecida ao IC1 (gerador de alarme). Este projeto usa esse chip específico porque ele opera com uma tensão de alimentação extremamente baixa e consome muito pouca corrente. A uma tensão de alimentação de 1,5 V (típica para sinalização), o microcircuito LM3909 entra em estado instável e, portanto, ficará em modo de oscilação.Os valores dos componentes R5, R6 e C1 determinam a frequência de oscilação. O chip LM3909 também contém um estágio de saída de amplificação de potência. Ao conectar um transdutor acústico (alto-falante) entre a saída do gerador (pino 2) e o terminal positivo da bateria, você pode ouvir um sinal alto e claramente audível quando o gerador está funcionando. Quando o feixe de luz é interrompido, o circuito detector é imediatamente acionado e um sinal sonoro é ouvido. Quando o feixe de luz é restaurado, o transistor Q1 desliga e a geração é interrompida. Assim, o circuito desempenha o papel de uma campainha que toca quando uma porta ou portão é aberto. Consertando um alarme Se a recuperação automática do circuito não for desejada, por exemplo num sistema de alarme de segurança, é introduzido um circuito de bloqueio no dispositivo base. Estes são principalmente os elementos do circuito R3, Q2 e R4, mas toda a complexidade do circuito de fixação é determinada pelo chip LM3909. Dentro do microcircuito, um resistor de 5 Ohm é conectado entre os pinos 6 e 12. Embora a tensão não seja aplicada ao pino positivo 5, também não haverá tensão no pino 6. Este é o estado do circuito antes de confirmar. Quando o feixe de luz é interrompido, o transistor Q1 liga e fornece energia ao pino 5, iniciando o oscilador. Um potencial também aparece no pino 6. Se a chave de travamento S1 estiver ligada, a tensão do pino 6 através do resistor R4 será fornecida à base do transistor Q2. A corrente começa a fluir através do transistor Q2 e do resistor R3, aumentando ainda mais a corrente que já flui através da base do transistor Q1. Mesmo que a tensão seja fornecida novamente pela célula solar, o caminho do fluxo da corrente gerada pelas células solares é significativamente alterado. Como resultado, a resistência do resistor não é mais menor que a resistência do resistor R2 e a queda de tensão em R1 aumenta. A resistência efetiva de R2, R3 e Q2 torna-se pequena em comparação com R1, e as células solares são incapazes de tirar o transistor Q1 da saturação. Assim, o alarme soará mesmo que o feixe de luz seja restaurado. Só pode ser desligado com a chave S1. Projeto de alarme de segurança A base do projeto é uma bateria composta por cinco células solares em miniatura conectadas em série e que externamente lembram um telhado de telhas. É claro que podem ser usados elementos bastante miniatura, uma vez que requerem corrente mínima. Não é fácil fabricar tal bateria sem conhecimento suficiente da técnica de corte de elementos e dos dispositivos adequados para isso. É altamente recomendável que você compre a bateria pré-fabricada listada na lista de peças. Para aumentar o alcance do alarme de segurança, as células solares são equipadas com um espelho parabólico. Um espelho coleta raios de luz de uma grande área e os concentra nos elementos. Uma lanterna portátil foi usada para esse fim e você pode fazer o mesmo. É importante escolher uma lanterna com a maior abertura de lente possível. Em seguida, desmonte o conjunto refletor e remova a lâmpada. Neste design, a lente não apenas concentra os raios de luz, mas também protege o refletor do espelho contra danos mecânicos e umidade. Agora a bateria solar é colada por dentro na lente protetora transparente em seu centro, com a parte traseira da bateria voltada para a lente. A lente é instalada de forma que o painel solar fique localizado em frente ao orifício da lâmpada. Dois condutores da bateria passam por este orifício e então o refletor é fixado. Claro que a bateria bloqueia uma parte significativa da lente transparente, por isso é necessário escolher o maior refletor possível. Também é possível reduzir o tamanho das células solares individuais e reduzir o tamanho da bateria. Como os terminais dos painéis solares seriais não são codificados por cores, você mesmo deve determinar sua polaridade. O fio soldado na superfície frontal do elemento inferior tem polaridade negativa e está conectado ao corpo. Outro fio soldado na superfície posterior do elemento superior tem polaridade positiva. Uma distribuição semelhante da polaridade dos terminais elétricos é típica para células solares de junção pn, nas quais a camada iluminada superior é do tipo n; Para células solares feitas de silício básico do tipo n, a camada superior é do tipo p e a polaridade do chumbo será inversa à indicada no texto. As unidades detectora e geradora do dispositivo estão localizadas na placa de circuito impresso mostrada na Fig. 2, e a colocação das peças nele está na Fig. 3.
Todas as peças são soldadas à placa, com exceção da bateria solar. Se você conectá-lo, o alarme disparará. Se desejar, você pode instalar um interruptor em série com a bateria, permitindo desligar o alarme quando não estiver em uso. A placa de circuito impresso é instalada no compartimento da lanterna, geralmente destinado a baterias. É necessário posicionar a placa de forma que o transdutor acústico se comunique com o espaço externo, caso contrário seu som estridente será abafado. Além disso, é feito um furo na caixa para a chave de “travamento”. É necessário fixar os condutores provenientes das células solares e montar cuidadosamente a lanterna, desta vez soldando a bateria ao circuito. O dispositivo de segurança está pronto para operação. Se instalado corretamente, o sistema emitirá um alarme estridente. Para “acalmá-lo”, é necessário desligar a detecção do gatilho e iluminar a superfície das células solares. Isso é fácil de fazer: antes de instalar o sistema no local designado, ele é colocado sob um abajur.
Instalação de alarme de segurança Um diagrama típico de instalação de um dispositivo de segurança em uma porta é mostrado na Fig. 4. É fixado a uma altura de 60 cm, suficiente para a maioria dos casos. O feixe de luz é direcionado de forma a bloquear a passagem para a sala.
Agora você precisa instalar um dispositivo de alarme no lado oposto da abertura. A direção do feixe de luz pode precisar ser ajustada para garantir que atinja a superfície das células solares com precisão. É fácil de instalar: se o feixe for direcionado com precisão, o alarme irá parar. Qualquer lanterna poderosa pode ser usada como fonte de luz. Para tanto, foi utilizada a mesma lanterna utilizada para a colocação do circuito de alarme. A bateria foi substituída por um transformador abaixador de 6 volts, com um terminal do enrolamento de 6 volts conectado à lâmpada e outro à rede elétrica. Se quiser tornar o feixe de luz invisível, você pode usar um filtro infravermelho. Mesmo o celofane vermelho tornará o feixe menos perceptível. Como uma célula solar de silício tem sensibilidade significativa nas regiões vermelha e infravermelha do espectro, a perda de sensibilidade será insignificante. No entanto, a atenuação introduzida pelo filtro deve ser levada em consideração: não se pode esperar que o alcance do sistema permaneça o mesmo. Observe que se o filtro cobrir a superfície do emissor de luz, ele poderá aquecer. O grau de aquecimento depende do tipo de filtro e da sua transmissão. O calor excessivo pode causar incêndio. Usar uma fonte de luz alimentada por CA tem o benefício adicional de sinalizar quando o fornecimento de energia é interrompido. Autor: Byers T.
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