#1 Analise de Patente
# PIR motion detector circuitry with enhanced false-activation protection US6872948
Vamos analisar um circuito extremamente util , o circuito se baseia em um dispositivo que a partir da detecção infravermelho de um objeto em movimento ativa um bloco que possui uma carga (lampada, etc).
Bom, é muito conhecido este dispositvo, porem entender e projetar um é extremamente complexo e contém diversos topicos e conceitos abordados. Por isso, faremos a engenharia reversa que a partir do circuito desenvolve conceitos até chegar no inicio que é o diagrama de blocos, creio que possa ser visualizado de duas formas de tras para frente vice-versa.
A partir daí da para notar diversos circuitos conhecidos, como:
12 – rede de filtros
13 – comparador janela
11 – PIR
Iniciaremos explicando o funcionamento do dispositivo 11 – PIR:
O dispositivo é similar à um fototransistor, ou seja, quando uma luz neste caso infravermelha chega ao dispositivo é ativado o sensor. Porem imagine que tudo pode emitir luz infravermelham, então como é possivel que apenas seres possam ativa-la?
Isso, ele detecta diversos sinas como uma antena de diferentes frequencias e amplitudes, por isso que é necessário a utilização de um filtro na faixa de frequencia de movimento do ser, isto é um humano pode caminhar, correr ou ficar parado.
Então este sinal é modulado na faixa entre 1 Hz a 5Hz, fazendo com que um movimento gere um sinal neste intervalo de frequencia e seja filtrado neste mesmo intervalo.
A alimentação é DC, é necessário a utilização de um resistor para polarização da corrente e opcional um capacitor para filtrar possiveis instabilidades da alimentação.
Normalmente o PIR possui dois sensores para compensação para reduzir possiveis interferencias e melhor estabilidade, conforme abaixo como exemplo o modelo :
Vamos aos valores, possui uma janela de recepção de 4x3mm, resposta espectral de 5-14um, aqui já tem um dado importante, qual a resposta ou frequencia de corte para responder e enviar um sinal de saída, que está exatamente na faixa infravermelho.
Saida de sinal >3500 mV, ou seja uma saida ate que alta quando comparada aos outros sensores. Porem a sensiblidade do sensor é de >3300 V/W, ou seja, para cada 3,3 V se consome 1 W, que é bastante potencia, isso é um problema que será discutido depois.
Tensao de trabalho 3-15 V, é uma faixa bem ampla, por isso da utilização de um capacitor de filtragem da fonte.
Olha que interessante da resposta do circuito com relação a transmitancia, quando feito teste de corpo negro:
Só a uma transmitancia maior quando atinge um comprimento de onda no intervalo 5-14 um, assim funciona como um filtro banda base.
Entendido como funciona o PIR e seus dados importantes, vamos ao primeiro bloco do filtro 12:
A saída do sinal maxima corresponde à 3300 mV, porém a frequencia do sinal é extremamente alta e sua potencia é baixa. Vamos analisar este circuito acima, OK, mas como analisar.
Como o uso da relação de saida pela entrada:
Chamaremos da esquerda para direita de R1 C1 C2 R2, cuja as respostas são R1, 1/jwC1, R2, e 1/jwC2. Bem, a utilização de um resistor pull-down no inicio é importante para atenuar o nivel de tensão (por causa do offset), conforme indicado no esquema informado pelo proprio fabricante:
Logo, o filtro é o C1 e R2, mas porque tem o C2? Este capacitor serve para fazer uma pequena filtragem DC, cujo o capacitor é para compensar possiveis picos do sinal.
Entao, o circuito base é um filtro do tipo passa-alta, cujo a saida é da relação:
H=Vo/Vi=R2/R2+(1/(jwC1))= (jwRC1)/ (jwRC1)+1, quando frequencia tende a infinito a resposta tende a 1, se tenden-se a 0 seria um filtro passa baixa em série.
Após este filtro, tem-se um ampop configurado como amplificador do sinal e filtrage:
Este é um filtro passa-baixa ativo com compensação do sinal e melhoria do roll-off para o corte do sinal. Isso se repete mais 2x para que tenha uma melhor filtragem e aumento de numeros de polos para o filtro assim, reduzindo as possiveis ativações falsas:
Nisso, cada etapa reduz -6 dB por oitava que equivale a -20 dB por decada com esta rede de amplificadores e filtros RC. Vamos analisar o circuito que conecta na entrada não inversora do Ampop:
Este circuito serve para fazer a divisao do sinal e reduzir o efeito de off-set do sinal com capacitores de filtragem do sinal CA já que há uma alimentação CC na entrada e contém o sinal de entrada variante.
Após este circuito tem-se um comparador janela com um potenciometro para selecionar a janela de comparação do circuito, este comparador janela tem a função comparar o sinal com uma janela de tensão na qual tem um limite superior e inferior, assim quando está dentro da janela a saida no ampop é alta:
Estes resistores “43” servirão para ter uma tensão de referencia nas duas entradas, uma retirada do filtro e outra da propria alimentação, note que na entrada possuem dois diodos o na entrada + para retificar e deixa que somente sinais positivos sejam drenados para um circuito de controle (que estara abaixo), já o da entrada – serve para que seja retificado todo sinal negativo para a referencia do potenciometro e por sua vez para o feedback do circuito, na qual se reduz o rolloff (-20 dB por decada). Após isso tem-se o circuito de controle, que nada mais é que quando um sinal de disparo é observado pelo controle é ativado o dispositivo, como tambem, incluido o delay para manter ligado por um instante.
Após esta analise verifiquemos o diagrama do circuito final:
