Baixe Detector de Gás e Fumaça e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Eletrônica, somente na Docsity!
Trabalho Final
Detector de fumaça e gases inflamáveis
Alexandre Oliveira Conceição, André Victor Oliveira Monteiro, João Wallas Lima de Jesus e Maykom Douglas Nunes Lima Fundação Universidade Federal de Rondônia, Núcleo de Ciência e Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica - DEE Bacharelado em Engenharia Elétrica - 5 표^ Período - Eletrônica II - Prof. M.Sc. Ciro Egoavil - Projeto de Eletrônica II
Resumo—Este projeto consiste no desenvolvimento de um dispositivo eletrônico para detectar gases inflamáveis e fumaça no ambiente e dissipá-las do mesmo. Adotou-se um microcontrolador da família PIC, o qual servirá tanto para receber o sinal referente ao nível de intensidade do gás/fumaça do ambiente quanto para interpretar, atuar e, consequentemente dissipar os gases/fumaças presente no ambiente. Para tanto, foi construída uma placa de circuito impresso para desempenhar a função de controle, utilizando o software ARES profissional para a cronstrução do layout do circuito. Index Terms—Detector de gases.
I. INTRODUÇÃO Sensor de Fumaça e gases inflamáveis é um projeto simples, mas funcional, o projeto é baseado no sensor semicondutor MQ-2 que é controlado por um PIC16F877A. O projeto foi retirado da revista Ucontrol, edição maio de 2008. O mesmo possui algumas alterações do projeto original, como a inclusão de um dissipador de gás ligado ao um buffer de tensão que é utilizado para fornece um sinal seguro para o circuito de acionamento do dissipador. O sensor NAP11AS utilizado no projeto original foi substituído por um sensor bem similar, com uma sensibilidade um pouco menor, o que ajuda na aplicação do projeto. Ocorreu também a substituição do micro- controlado PIC18F2520 pelo PIC16F877A. O projeto possui aplicações residenciais e industriais, onde pode ser usado para detecar inícios de incêndio, e possíveis fuga de gases inflamáveis, onde irá nos alertar com sinais visuais e sonoros.
A. Descrição dos componentes primordiais do projeto
∙ LM7805: É um regulador de tensão que proporciona uma tensão constante de 5V DC em sua saída, se for introduzido na entrada qualquer valor de tensão superior a + 5V DC. Abaixo segue a ilustração do mesmo, sendo o pino 1, 2 e 3 sua entrada, referência e saída, respectivamente;
Figura 1. Regulador de tensão LM
∙ PIC16F877A: Os microcontroladores são chips in- teligentes, que tem um processador, pinos de en- tradas/saídas e memória. Através da programação dos microcontroladores podemos controlar suas saídas, tendo como referencia as entradas ou um programa interno. O que diferencia os diversos tipos de microcontroladores, são as quantidades de memória interna (programa e da- dos), velocidade de processamento, quantidade de pinos de entrada/saída (I/O), alimentação, periféricos, arquite- tura e set de instruções. No projeto foi utiizado um microcontrolador da família PIC, mas precisamento o 16F877A. O número 16 significa que ele faz parte da família "MID-RANGE". É um microcontrolador da família de 8 bits. A letra F indica que a memória de programação deste PIC é do tipo "Flash". Os três últimos números permitem identificar precisa- mente o PIC, que neste caso é um PIC do tipo 877A que é a ultima versão do famoso 877. Este PIC utilizado no projeto contém um módulo de 2 comparadores analógi- cos (CMCON) e um módulo gerador de voltagem de referência (VRCON), 5 conjuntos de portas de entrada e saída (total de 33 portas), conversor analógico-digital de 10 bits de resolução e 8 canais de entrada, periférico de comunicação paralela e serial (USART e MSSP), 2 Módulos CCP (Comparação, Captura e PWM), 3 Timers (1 de 16 bits e 2 de 8 bits). O PIC16F877A está ilustrado abaixo com sua respectiva pinagem.
Figura 2. Microprocessador PIC16F877A.
∙ MQ-2: É o sensor do tipo oftativo e semicondutor, o qual detecta concentrações de gases combustíveis ou de fumaça e fornece uma saída de voltagem analógica. O
sensor pode medir concentrações de gases inflamáveis na faixa de 300 a 10.000 ppm, opera em temperaturas de -20 a 50oC e consome menos de 150mA a 5V. Para um funcionamento preciso e otimizado devemos conectar 5V nos pinos do aquecedor, que são os pinos H, para que o sensor possa chegar na temperatura de funcionamento. Com isso conectando uma tensão aos pinos A faz com que o sensor emita uma voltagem analógica nos outros pinos B. Uma resistência entre a saída do sensor e o terra determina o grau de sensibilidade do conjunto. Abaixo á uma ilustração da pinagem e do circuito interno do sensor.
Figura 3. MQ-2 Sensor
∙ BUZZER: O buzzer é composto por 2 camadas de metal e uma camada interna de cristal piezoelétrico ou eletroacús- tica. Ao ser alimentado com uma fonte de sinal, vibra da mesma frequência recebida, funcionando como uma sirene ou alto-falante. Existem várias versões e tamanhos. Quase todos os dispositivos sonoros de alarmes usam um buzzer para emitir som. Sua vantagem em relação a altos- falantes comuns é que consome pouca energia em relação à potência sonora, sendo facilmente alimentado com pequenas baterias. No projeto foi utilizado um ressonador piezoelétrico que emite um sinal sonoro, a frequência do som emitido será proporcional a sensibilidade do sensor MQ-2 para responder ao odor no ambiente. O buzzer está ilustrado abaixo.
Figura 4. Buzzer - pizoelétrico
∙ LED‘S: O LED é um diodo semicondutor com junção P-N, que quando energizado emite luz visível. A luz não é monocromática, mas consiste de uma banda espectral relativamente estreita e é produzida pelas interacções energéticas do electrão. O processo de emissão de luz pela
aplicação de uma fonte eléctrica de energia é chamado eletroluminescência. Sua funcionalidade básica é a emis- são de luz em locais e instrumentos onde se torna mais conveniente a sua utilização no lugar de uma lâmpada. Especialmente utilizado em produtos de microeletrônica como sinalizador de avisos, também pode ser encontrado em tamanho maior, como em alguns modelos de semá- foros. No caso no projeto a funcionalidade dos led‘s é sinalizar alterações no ambiente.
Figura 5. Led‘s
∙ CRISTAL OSCILADOR: São componentes compostos de dois terminais, ligados a um cristal piezoeléctrico interno. Esse cristal contrai quando submetido a ten- são elétrica, e o tempo de contração varia conforme a construção do cristal. Quando a contração chega a um certo ponto, o circuito libera a tensão e o cristal relaxa, chegando ao ponto de uma nova contração. Assim, os tempos de contração e relaxação desse ciclo determinam uma freqüência de operação, muito mais estável e con- trolável que circuitos com capacitores. Cristais de quartzo são usados sobretudo em microcontroladores. No projeto o cristal possui a função de estabilizar as alterações ou variações que ocorrem devido ao circuito ressonante do microcontrolador. O cristal utilizado foi de 4MHz. Abaixo segue a ilustração do mesmo.
Figura 6. Cristal Oscilador
∙ Relé: Um relé é um interruptor acionado eletricamente. A movimentação física deste "interruptor"ocorre quando a corrente elétrica percorre as espiras da bobina do relé, criando assim um campo magnético que por sua vez atrai a alavanca responsável pela mudança do estado
Abaixo segue a imagem do sensor de fumaça, pronto para a detecção da fumaça e de gases inflamáveis, pois o sensor já alcançou sua temperatura para um correto funcionamento.
Figura 9. Sensor de Fumaça e Gases Inflamáveis
Abaixo segue a imagem do sensor após a detecção de fumaça ou gás inflamável, percebe-se pela imgame que o led verde se apagou, e o led vermelho acendeu, indicando a existência de gás inflamável no ambiente.
Figura 10. Sensor de Fumaça e Gases Inflamáveis
O código gravado no PIC16F877A encontra-se no anexo A ao final deste relatório.
B. Custos financeiros do projeto
O projeto totalizou um custo de R$ 58,64 com componentes. A planilha de custo (Tabela 1) só relata gastos com os componentes, deixando de fora o frete pago pelo transporte dos mesmos, levando em consideração que o grupo teve que realizar pedidos em três lojas diferentes, consequentemente pagou-se três fretes diferentes. Sendo em média 30 reais cada frete, o grupo teve um gasto total de R$ 148,64. Os componentes buzzer e o cooler se encontram com custo zero, pois esses componentes são oriundos do material de
Componente Quantidade Preço da unidade (R$) Total (R$) LM7805 2 1,75 3, PIC16F877A 1 17,30 17, MQ-2 1 22,00 22, Relé 6V DC 1 3,50 3, BC547 1 0,50 0, 1N4148 1 0,50 0, Cristal Oscilador 2 1,00 2, LM741 1 3,00 3, LED 2 1,00 2, BUZZER 1 0,00 0, COLLER 1 0,00 0, Capacitor 8 0,23 1, Resistor 5 0,50 2, TOTAL 27 58, Tabela I Planilha de Custo
sucata do laboratório, não sendo preciso a aquisição dos mesmos.
C. Circuito Impresso A placa de circuito impresso do projeto foi obtida através do ARES 7 profissional, abaixo segue o layout do circuito.
Figura 11. Layout do circuito impresso.
V. RESULTADOS
O teste feito em laboratório, foi um pouco imperfeito, dev- ido se encontrar num ambiente fechado, com pouco circulação de ar, e com circulação de pessoas, devido a esses fatores, os testes aconteceram na maioria das vezes com gas inflamável, oriundo do alcool em gél, que era mais fácil de ser dissipado. O testes feito com fumaça foi realizado apenas uma vez, e obteve resultados insatisfatórios, sendo que o sensor não detectou a presença da fumaça, esse fato pode ser explicado devido a dificuldade de se conseguir a concentração de fumaça necessária para a detecção do sensor, sem que encomodasse as pessoas que se encontravam no laboratório. O sensor MQ-2 possui sua medição otimizada após um tempo, cerca de 4 minutos, que é o tempo necessário para que a resistência de aquecimento do sensor possa ter aquecido-o.
VI. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES
Os resultados com a implementação do projeto foi sat- isfatório, foi percebido que a utilização do PIC16F8667A foi essencial ao funcionamento do projeto, já que o mesmo proporcionou uma redução de componentes considerável, e facilitou na manipulação dos dados e na observação do fun- cionamento. Foi observado que o sensor utilizado possui algunhas carac- terísticas que o coloca como exelente nesse tipo de aplicação, uma dessas características, é o tempo de resposta para a detecção de gases inflamáveis e fumaça, esse tempo necessário para a emissão do sinal analógico pelos pinos B, é aceitável, já que esse tempo serve para garantir a veracidade de suas medições, para o mesmo não fazer alarmes falsos.
REFERÊNCIAS
[1] Ortiz, Mariano Madrid. "Detector de humo y gases microcontrolado- Proyecto [2] Negrelli, Thiago. "Dispositivo de controle e automático- Projeto de Graduação Fevereiro 2006 [3] Eletrônica Aplicada, de Salomão Choueri, Ed. 2007. [4] Ucontrol , no^ 3, edição maio de 2008. [5] Dispositivos Eletrônicos e Teorias de Circuitos, Boylestad 8a^ edição. [6] http://forum.clubedohardware.com.br/aprendendo-programar-pic/
