Senzor volumetric (alarmă deschidere ușă sau geam spart)

Detectează deschiderea unei uși sau spargerea unui geam cu acest montaj construit cu microfon electret și integrate uzuale

Dispozitivul prezentat în continuare detectează mici variații în presiunea aerului dintr-o încăpere, datorate deschiderii unei uși sau spargerii unui geam dintr-o fereastră și activează un releu. Poate fi util atât în sisteme de alarmă, cât și pentru a automatiza un sistem de iluminare. Deși utilizează ca senzor un microfon uzual de tip electret, nu reacționează la sunet. Folosit ca alarmă, releul nu va fi acționat dacă se află cineva în cameră, spre deosebire de senzorii de mișcare de tip infraroșu sau cu ultrasunete, care trebuie dezactivați în această situație.

Am găsit acest circuit în revista de electronică Conex Club și am decis să îl realizez practic, fără a avea prea multe așteptări de la un senzor de presiunea atmosferică cu microfon. Circuitul este unul analogic, fără microprocesoare. Semnalul captat de microfon este amplificat și filtrat de amplificatoare operaționale, iar releul este controlat de două integrate de tip timer 555.

Senzorul volumetric construit

Să analizăm puțin schema pentru a înțelege cum funcționează. Pentru început, se menționează că o variație de presiune a aerului este captată de microfon ca un semnal cu o frecvență cuprinsă între 0,7 și 4 Hz.

Schema senzorului volumetric cu microfon (click pe imagine pentru dimensiune originală)

Semnalul captat de microfon este amplificat și filtrat cu un filtru trece-jos de către U1B (amplificator din capsula LM324). Frecvența maximă permisă de filtru este de aproximativ 4 Hz. Amplificatorul operațional U1A alimentează microfonul de tip electret cu o tensiune de 2,5 V. Semnalul filtrat este apoi amplificat de 45 de ori cu U1C. Al patrulea amplificator operațional din capsula LM324 (U1D) generează o întârziere de 15 secunde la alimentarea montajului. Astfel, alarma este în stare de funcțiune doar după ce LED-ul galben (ALARM) s-a aprins.

De la U1C, semnalul pleacă la comparatorul cu fereastră realizat cu LM324. Semireglabilul R17 permite reglarea sensibilității senzorului, respectiv modifică potențialele de referință ale comparatorului cu fereastră. Impulsurile de la ieșirea comparatorului (impulsuri negative generate de fiecare dată când microfonul detectează o variație de presiune) sunt aplicate pe pinii trigger (2) ai circuitelor timer 555, care au următoarele funcții: U4 acționează releul, timpul de activare a releului putând fi reglat cu R24, iar U5 adaugă o întârziere la activarea releului. Această activare întârziată se selectează plasând un jumper pe pinii 2-3 ai conectorului J1. Altfel, dacă jumperul se află pe pinii 1-2, activarea releului este imediată la detectarea unei modificări de presiune.

Placa de circuit a senzorului volumetric

Am redesenat schema în KiCad și am refăcut placa de circuit, bazându-mă pe cea din revistă. A rezultat un PCB de 98 x 66 mm, dublu-placat! Deoarece nu puteam să îl fac acasă prin metoda transferului de toner (având două straturi), l-am comandat de la PCBWay. Montajul folosește doar componente through-hole.

Corect construit, montajul va funcționa fără a avea nevoie de ajustări. După ce îl alimentezi, așteaptă aprinderea LED-ului ALARM. Din acel moment, alarma este pornită și poate fi declanșată dacă sufli în microfon. Declanșarea este semnalată de LED-ul RELAY (roșu). Folosește R17 și R24 pentru a modifica sensibilitatea microfonului, respectiv timpul cât releul stă activat.

Resurse

• Acest circuit a apărut în numărul din mai 2006 al revistei Conex Club (pagina 31). Nemaifiind publicată actual, arhiva electronică este disponibilă la http://www.conexclub.ro/ (link direct către PDF-ul revistei din mai 2006).
• În Conex Club se precizează că acest circuit este preluat din revista Electronique et Loisirs, numărul 39, și se menționează că a fost de fapt un kit vândut de Comelec (EN1506).
• O variantă simplificată a acestui circuit se găsește la Red Circuits (poate aceasta a apărut prima dată?).
• Descarcă aici proiectul KiCad: volumetric_sensor.zip (arhiva include fișiere necesare producției PCB și poate fi trimisă către furnizorii de astfel de servicii.