COMO FUNCIONA O MÓDULO DETECTOR DE CHAMA E COMO FAZER A INTEGRAÇÃO COM O ARDUINO UNO

 

 

Os sistemas de alarme de incêndio são muito comuns em prédios comerciais e residenciais. Esses dispositivos geralmente contêm um conjunto de sensores que monitoram constantemente qualquer chama, gás ou incêndio no prédio, e acionam um alarme se detectar algum deles.

Uma das maneiras mais simples de detectar incêndio é usando um sensor de chama infravermelho. Basicamente, esses sensores possuem um fototransistor que é sensível à luz infravermelha. Em casos de incêndio, o fogo não apenas produzirá calor, mas também emitirá raios infravermelhos, esta luz não é visível aos olhos humanos, mas um sensor de chama pode detectá-la e alertar um microcontrolador de que um incêndio foi detectado.

Neste artigo, iremos detalhar as características e aplicações do módulo detector de chamas e como implementá-lo ao Arduino Uno, de modo a desenvolver pequenos projetos de alarme e controle de incêndio.

 

Módulo detector de chama

O módulo detector de chamas é um sensor projetado para detectar e responder a presença de uma chama ou incêndio. As respostas a uma chama detectada dependem da instalação, mas podem incluir soar um alarme, desativar uma linha de combustível (como propano ou uma linha de gás natural) e ativar um sistema de supressão de incêndio.

Quando o fogo queima, ele emite uma pequena quantidade de luz infravermelha, essa luz será recebida pelo fototransistor (receptor de infravermelho) no módulo detector de chama. Em seguida, é utilizado um amplificador operacional para verificar uma mudança na tensão do fototransistor, de modo que, se um incêndio for detectado, o pino de saída (DO) fornecerá 0V (nível baixo, LOW) e, se não houver incêndio, o pino de saída terá 5V (nível alto, HIGH).

O comprimento da onda de luz infravermelha que o módulo detecta está entre 760 nm – 1100 nm que é o comprimento de onda emitido pela chama de fogo ou fonte de luz.

O módulo detector de chama vem com um sensor fototransistor YG1006 que é de alta velocidade e alta sensibilidade.

 

Diferença entre o módulo detector de chama de 3 pinos e 4 pinos

Existem dois tipos muito conhecidos de módulos detectores de Chama Infravermelho disponíveis, um com três pinos (D0, GND, VCC) e outro com quatro pinos (A0, D0, GND, VCC) sendo que ambos podem ser facilmente usados ??com o Arduino e outras placas microcontroladas. Além de possuírem praticamente os mesmos componentes, em relação aos parâmetros (como tensão operacional, chip comparador de corrente, tipo de sensor, faixa de espectro, ângulo de detecção e faixa de detecção) os módulos de 3 e 4 pinos, são bem semelhantes.

A grande diferença, é que o módulo composto por 3 pinos (D0, GND, VCC) fornece apenas saída digital e em contrapartida o módulo composto por 4 pinos (A0, D0, GND, VCC) fornece tanto uma saída digital, como uma saída analógica.

 

 - Diagrama do módulo detector de chamas de 3 pinos

 

 - Diagrama do módulo detector de chamas de 4 pinos

 

Visão geral do módulo detector de chamas

Os principais componentes dos módulos detectores de chama de 3 e 4 pinos são: fototransistor YG1006 NPN, Comparador de tensão LM393, resistor variável (trimpot), LED de alimentação, LED de saída.

 

 

 - Fototransistor YG1006

O fototransistor YG1006 é um transistor NPN de 5 mm revestido por epóxi preto, o que o torna sensível à radiação infravermelha. Ele é usado para detectar chamas ou luz em uma faixa de comprimento de onda de 760 nm a 1100 nm. O sensor é composto por dois terminais, onde o terminal longo é o Emissor e o terminal mais curto é o coletor. Não possui terminal de base como outros transistores, quando detecta luz então a corrente começa a fluir entre o emissor e o coletor.

 

 - Resistor variável (Trimpot)

O módulo possui um resistor variável integrado (trimpot), geralmente de 10k. Ao girar o trimpot é feito o ajuste da sensibilidade da detecção de incêndio. Se o trimpot for girado no sentido horário, a sensibilidade do sensor de chama será aumentada. Se for girado no sentido anti-horário, a sensibilidade do sensor de chama será diminuída.

 

 - LED de alimentação

Este LED integrado indica se a fonte de alimentação do módulo de chama está LIGADA ou DESLIGADA. Caso esteja ligado a coloração do LED será verde.

 

 - LED de saída

Quando o sensor detecta o fogo, o LED de saída é ligado. Quando não detecta nenhuma fonte de fogo ou chama, o LED de saída é desligado. Caso esteja ligado a coloração do LED será vermelha.

 

Como funciona o módulo de sensor infravermelho de chama IR

Inicialmente, precisamos conectar o Sensor a fonte de alimentação de 5v. Em seguida, defina a tensão limite na entrada não inversora (3) do LM393 este ajuste é feito girando o botão predefinido para definir qual será a sensibilidade do sensor.

 

 

Quando o sensor detecta fogo/chama (luz em uma faixa de comprimento de onda de 760 nm a 1100 nm), a resistência do fototransistor diminui. Em seguida, a quantidade máxima de tensão será alocada no resistor (R2). Assim, uma baixa quantidade de tensão do fototransistor é fornecida à entrada inversora (2) do LM393. O Comparador de tensão LM393 compara esta tensão com a tensão limite. Nesta condição, esta tensão de entrada é menor que a tensão limite, então a saída do sensor vai para nível baixo.

Em contraste, quando o módulo do sensor de chama não detecta fogo/chama (luz em uma faixa de comprimento de onda de 760 nm a 1100 nm), a resistência do fototransistor é alta. Em seguida, a quantidade máxima de tensão será alocada no fototransistor. Assim, uma alta tensão do fototransistor é fornecida à entrada inversora (2) do LM393. O Comparador de tensão LM393 compara esta tensão com a tensão limite. Nesta condição, esta tensão de entrada é maior que a tensão limite, então a saída do sensor vai para nível alto.

 

Especificações do módulo detector de chamas

 - Corrente de operação:     15 mA

 - Chip comparador:              LM393

 - Tipo de sensor:                   Fototransistor YG1006

 - Sensibilidade:                     Ajustável

 - Tipo de saída:                     Saída digital / saída digital e analógica

 - Indicadores de luzes:        LED de alimentação (vermelho) e LED de saída (verde)

 - Faixa de espectro:             760nm ~ 1100nm

 - Ângulo de detecção:         0 - 60 Graus

 - Temperatura de operação:   -25°C – 85°C

 - Dimensões do módulo:     3cm x 1.6cm

 

Algumas aplicações

 - Detecção de fogo

 - Alarme de incêndio

 - Uso em robô de combate a incêndio

 

Como utilizar o módulo detector de chamas com o Arduino Uno

Considerando a utilização do módulo detector de chamas integrado com o Arduino Uno, podemos desenvolver projetos de controle e alarme de incêndios com um custo relativamente baixo.

A seguir, iremos demonstrar através da elaboração de um circuito como realizar esta integração entre o Arduino e o módulo detector de chamas de forma prática. O objetivo do circuito será emitir um sinal sonoro quando o sensor de chamas identificar um princípio de incêndio.

 

Materiais para montagem

 

Passos para a montagem do circuito

A montagem do circuito deve ser feita conforme imagem a seguir. Observe atentamente a posição correta dos terminais do módulo sensor de chama, verifique também a polaridade do buzzer.

 

 

Programação do Arduino

Inicialmente abra a IDE do Arduino para iniciar a programação. Em seguida digite o respectivo código, conforme a imagem a seguir:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Após digitar o código, basta fazer o upload no Arduino Uno. O processo para fazer o upload do código no Arduino Uno é bem simples:

 - Conecte o seu Arduino Uno utilizando o cabo USB.

 - Vá em Ferramentas ? Placa ? Arduino Uno para selecionar sua placa no menu Arduino.

 - Em seguida escolha a porta serial correta para sua placa vá em ferramentas ? Porta serial ? COMx (Escolha a porta serial ao qual o seu Arduino estiver conectado).

 - Por fim, basta clicar no botão Carregar. 

Se não houver nenhum erro de digitação ou configuração, o código será gravado no Arduino. Caso contrário verifique se o código foi digitado corretamente e se as configurações estão corretas.

Após o código ser carregado com sucesso no Arduino, dispondo de um isqueiro, você pode simular uma chama (princípio de incêndio) próximo do sensor. O sensor de chama detecta a presença de fogo ou chama com base no comprimento de onda infravermelho (IR) emitido pela chama. Quando o sensor identificar a chama do isqueiro o buzzer começará a emitir um sinal sonoro. Você pode realizar experimentos variando a sensibilidade do sensor, através do trimpot do próprio módulo.

 

Explicação do código

Primeiramente declaramos 3 variáveis do tipo int, “buzzer” (referente ao buzzer conectado no pino 9 do Arduino), “sensor_chama” (referente ao módulo detector de chama conectado no pino 4 do Arduino) e a variável leitura (que será utilizada para armazenar o valor digital lido do sensor).

 

 

No void setup(), iniciamos e configuramos a taxa de transmissão para comunicação serial (9600). Em seguida definimos o “buzzer” como um sinal de saída (OUTPUT) e o “sensor_chama” como um sinal de entrada (INPUT).

 

 

já no void loop(), a variável “leitura” recebe o valor lido do sensor. Em seguida comparamos o valor armazenado na variável “leitura” com 0 ou 1

Se o valor for igual a 1, indica que foi detectada chama. Desta forma o buzzer é ativado e começa a emitir um sinal sonoro e, em seguida, uma mensagem de alerta é exibida no monitor Serial do Arduino IDE (“Fogo detectado”).

Se o valor for igual a 0, indica que não foi detectada nenhuma chama. Desta forma o buzzer permanece desativado não emitindo qualquer sinal sonoro e uma mensagem é exibida no monitor Serial do Arduino IDE (“Fogo não detectado”).