Содержание
Особенности конструкции инфракрасного PIR датчика
Инфракрасный датчик движения (PIR-датчик) предназначен для регистрации теплового (инфракрасного) излучения предметов, находящихся в рабочей зоне устройства. Основная особенность его конструкции заключается в отсутствии самостоятельного излучения. Датчик движения Arduino лишь реагирует на внешнее излучение, анализируя полученные величины и подавая сигналы на управляющее устройство. Примечательно, что это устройство может выполнять и другие задачи, работая как датчик расстояния или детектор температуры. Существует масса вариантов конструкции, выпускаются различные модели подобных датчиков. Однако, несмотря на внешние различия, все они действуют на едином принципе.
Конструкция
Основным элементом датчика являются высокочувствительные пироэлектрические элементы (сенсоры, пироприемники, пиродетекторы). Они принимают инфракрасное излучение, которое фокусируется с помощью линзы Френеля. В наиболее эффективных моделях датчиков используется два подобных элемента. Если в помещении нет движущихся излучающих объектов, сигналы с обоих сенсоров будут одинаковыми. При любых изменениях появится разница сигналов, так как объект в любом случае сначала будет регистрироваться одним элементом, затем вторым. Если показания обоих пироприемников начинают отличаться друг от друга, значит, в рабочей зоне датчика возникло движение.
Использование двух первичных датчиков позволяет увеличить чувствительность устройства, регистрировать перемещения объектов с разной температурой. Регистрируется совсем незначительная разница показаний обоих сенсоров, что позволяет управлять сложными и тонкими процессами.
Кроме сенсоров, конструкцию датчика составляет фокусирующая линза, детали (микросхема) электронной развязки и контактная группа. На нее подается питание, здесь же имеется управляющий и сигнальный электроды.
Особенности фокусирующей линзы
Конструкция пироэлектрического элемента не позволяет ему принимать инфракрасное излучение с достаточной эффективностью. Для концентрации потока тепловых лучей используется специальная линза. Существует два варианта конструкции:
Линза ФренеляОт обычных линз она отличается более плоской, компактной формой. Поверхность такой линзы разделена на участки, обеспечивающие фокусировку лучей в заданной точке. Эффективность линзы Френеля не уступает традиционным видам, но габариты значительно меньше
Это важно для датчиков, использующихся в технологических линиях, или предназначенных для скрытого монтажа.
Сферическая выпуклая линза.Вся поверхность этой линзы разделена на отдельные сегменты, являющиеся самостоятельными линзами. Такая конструкция увеличивает угол охвата датчика, позволяя с одинаковой эффективностью принимать ИК поток с разных направлений.
Большей популярностью пользуются ПИР-датчики со сферическими линзами, например, модуль HC-SR501. Они способны охватить наибольшее пространство, обеспечить максимальный сектор обзора. Однако, модели с плоскими линзами также пользуются спросом.
Где используется
Инфракрасные ПИР-датчики активно используются в разных сферах деятельности:
- технологические линии или установки;
- охранные системы;
- бытовые комплексы, системы умного дома и тому подобное.
ИК датчик подобного типа не создает никакого излучения. Он не может ставить помехи другой чувствительной аппаратуре или оказывать вредное воздействие живым организмам. Благодаря этому, его применение постоянно расширяется. Работа в связке с микропроцессором Ардуино значительно расширяет область применения датчиков, далеко выводя их из привычных рабочих рамок. Появляется возможность увеличения функционала путем подключения фоторезисторов, термисторов и других дополнений. При этом, сами датчики являются вполне самостоятельными устройствами и могут подключаться не только на Ардуино. Существует масса альтернативных вариантов, использующихся в различных областях техники, системах наблюдения и управления. Однако, особенности и преимущества Ардуино делают его наиболее предпочтительным образцом управляющего устройства.
Когда применяются ИКДД
Прибор в первую очередь предназначен для фиксации движения людей. Перемещения объекта в зоне обзора инфракрасного датчика движения (ИКДД) замечают фотоэлементы головки прибора. Сигнал подаётся в электронный блок управления, который, в свою очередь, через реле включает то или иное устройство.
Датчики движения эксплуатируются, преследуя различные цели в определённых условиях. ДД различаются по назначению:
- охранные системы;
- управление освещением;
- система «Умный дом».
Охранные системы
Проблема охраны придомовых территорий и помещений в зданиях и сооружениях во многом решается за счёт установки ИКДД. Контрольные устройства работают совместно с системой видеонаблюдения, звуковой сигнализацией.
В отсутствии хозяина детектор движения, установленный в салоне автомобиля, при приближении человека к машине включает камеру видеорегистратора. Если произошло воровство, водитель потом может увидеть, кто это сделал.
Управление освещением
Установленные датчики в доме или квартире могут существенно сэкономить затраты на оплату электроэнергии. Подсоединенные к приборам освещения в доме или на улице инфракрасные датчики мгновенно включают свет при появлении человека в зоне охвата ИК детекторов.
ИКДД, управляющие освещением, имеют три опции настроек, это:
- освещённость;
- чувствительность;
- время задержки.
Освещённость
Реакцию прибора на степень освещённости зоны контроля регулируют винтом «LUX». В зависимости от места установки регулятор поворачивают в определённую позицию. В закрытых помещениях от наружного света шлиц винт ставят напротив отметки «Max». Если прибор должен срабатывать при наступлении сумерек, то положение регулятора фиксируют опытным путём.
Чувствительность
Винтом «Sens» добиваются реакции ИКДД на определённый объём движущегося объекта. Особенно это нужно для уличных приборов, чтобы они не реагировали на мелких животных.
Время задержки
Время задержки регулируют поворотом винта «Time». Это даёт возможность работать освещению некоторое время после прекращения какого-либо движения в поле обзора ДД. Временной промежуток устанавливают в пределах от 5 секунд до 10 минут.
Важно! Универсальность применения ДД позволяет создавать комбинированные схемы охраны различных объектов. Датчики устанавливают на огородах и в полях, гаражах и мастерских, складских помещениях и т.д
ИК датчик может производить одновременное включение света, сирены, видеокамеры и передать по беспроводной связи информацию на смартфон.
Система «Умный дом»
Операционная система «Умный дом» приобретает всё большую популярность у населения страны. Управляющий комплекс может устанавливать режимы работы различных домашних устройств и оборудования. Датчики движения являются неотъемлемой частью этой системы.
Инфракрасные детекторы при появлении хозяев в жилище передают сигналы в операционную систему, которая может включить тёплые полы, вентиляцию, открыть шторы на окнах и многое другое. Управлять «Умным домом» можно дистанционно с помощью мобильного телефона.
Настройка параметров
Для оптимизации процесса включения света очень важно правильно выполнить регулировку датчика в зависимости от характера движения и параметров самого объекта. Как правило, учитываются четыре основных характеристики – угол установки, чувствительность, освещенность и время задержки после срабатывания
Рассмотрим их подробно.
Угол установки
Согласно правилам, угол установки датчика для включения света должен быть таким, чтобы центр поля действия приходился на точку максимально интенсивного или наиболее вероятного движения объекта. Добиться этого можно, соблюдая:
- Правила монтажа, указанные в инструкции. Особенно актуально их выполнение для приборов, не имеющих никаких механических настроек. В них обзорный угол полностью задается техническими особенностями самого устройства, а также высотой и местом его расположения. Например, датчик с углом в 180 градусов, устанавливаются на стену, в 360 градусов – на потолке, а 90 градусов – в углу.
- Практическая регулировка. Детектор с наклонно-поворотным кронштейном позволяет опытным путем выполнить более тонкую настройку. Такие устройства дают возможность менять поле и дальность действия сенсора. Это, например, необходимо на охраняемой или придомовой обширной территории или рядом с оживленным пешеходом или автострадой, чтобы исключить попадание движения объектов на них в поле объектива.
Чувствительность
Регулировка датчика по уровню чувствительности позволяет исключить включение света в ответ на движение мелких объектов и посторонних предметов в дальней области зоны слежения. Настройка этого параметра выполняется опытным путем:
- Для начала нужно установить максимальную чувствительность.
- Далее необходимо проверить, как он будет работать на оптимальном расстоянии.
- Нужно постепенно уменьшать уровень – до тех пор, пока он перестанет реагировать на человека средних параметров.
- Затем проверить, как он отреагирует на мелких животных или посторонние предметы.
- Установить найденный порог чувствительности.
В идеале степень чувствительности датчика на движение должна быть такой, чтобы включение света происходило на границе достаточной освещенности от фонаря или люстры при прохождении человека со средними антропометрическими данными.
Каждый, кто устанавливает датчик на движение, должен знать, как самостоятельно уменьшить чувствительность сенсора. Во время эксплуатации могут возникнуть непредвиденные обстоятельства и включение света будет происходить незапланированно. Перед или сразу после установки устройства необходимо удостовериться, как это сделать своими руками наиболее быстрым и правильным путем без вызова мастера-установщика.
Освещенность
Чтобы датчик перестал посылать сигнал на включение света днем, поздним утром и ранним вечером, необходимо выполнить его регулировку по параметру освещенности — LUX. Настройка состоит из следующих действий:
- Повернуть стрелку регулятора до максимального уровня (куда она увеличивается).
- С наступлением достаточного уровня темноты медленно поворачивать его в обратном положении пока сенсор не сработает и не начнет включать свет.
Настроенные таким способом датчик чувствительности далее всегда (до изменения его положения) будет включать свет при наступлении такого же уровня темноты.
Время задержки
Как правильно настроить датчик для включения света по движению на время задержки после срабатывания волнует тех, кто выполняет такую регулировку впервые. Также, как и в том случае, когда требовалось задать параметры освещенности и чувствительности, необходимо найти шлиц или винт на панели прибора с надписью Time.
Чтобы правильно выполнить регулировку по времени задержки необходимо:
- Перевести регулятор в минимальное значение.
- Инициировать датчик посредством движения.
- Засечь время.
- Опытным путем определить необходимое время, сохранив параметры.
Современные датчики на движение позволяют настраивать время задержки после включения света от 5 секунд до 10 минут.
Например, если сенсор установлен на входе в подъезд, а человеку нужно подняться по лестнице на 5-ый этаж, после чего отдышаться, найти ключи и открыть квартиру, то параметр должен быть установлен на максимальное значение. Другое дело – коридор в квартире, когда прохождение через него не занимает дольше 2-3 секунд. Здесь значение этой характеристики можно свести к минимуму.
Разновидности и особенности
Существующие инфракрасные датчики бывают пассивные и активные.
Пассивные сенсоры обнаруживают объект при помощи пироэлектрического чувствительного элемента. С целью повышения чувствительности датчики оснащается оптической системой линз. В условиях перепадов температуры для повышения термостабильности обычно используется парный вариант соединения, при котором элементы включаются встречно.
В отличие от пассивных аналогов, активные датчики сами являются источником инфракрасного излучения и отслеживают отраженные инфракрасные волны. Они обладают большей достоверностью отсылаемого сигнала и меньшим числом ложных срабатываний, однако не столь энергоэффективны – потребляют электроэнергию от встроенного аккумулятора или электросети.
Извещатели скорости
Извещатели скорости осуществляют синхронизацию скоростей нескольких двигателей. Также в существующих системах охранной сигнализации с помощью извещателей скорости осуществляется контроль внутреннего объема помещений, с высокой эффективностью блокируется территория «на проход» человека, перемещающегося со скоростью 0,3–3,0 м в секунду. Он оперативно реагирует на перепады температур в секторах «нарезки» контролируемого объема (с помощью оптической детали со ступенчатой поверхностью, называемой линзой Френеля), если он находится в пределах зоны чувствительности.
Детекторы PIR
PIR детекторами называют пассивные (не излучающие тепловые лучи) инфракрасные устройства, служащие для визуальной фиксации положения объекта. PIR детекторы обычно используются для контроля общественных помещений и автоматического открывания дверей.
Пироэлектрический чувствительный элемент представляет цилиндрическое устройство с кристаллом прямоугольным формы в центре, улавливающем ИК свет. Поскольку PIR детектор должен реагировать на движение объекта, излучающего тепло, одна половина датчика улавливает больший уровень излучения, чем другая. Вследствие этого на выходе будет генерироваться цифровой сигнал «high» (обычно напряжением 3В), когда есть движение, или «low, когда движение объекта отсутствует.
ПИР датчики используют в случае необходимости определить присутствие человека в пределах контролируемого пространства. Они не определяют расстояние и количество человек на территории.
Извещатели температуры
ИК извещатель относится к наиболее распространенному типу извещателей температур, используемых для промышленного контроля температуры технологических процессов. Минимальная достаточная чувствительность пироэлектрического элемента обычно находится на уровне 0,1°С, для этого используется пироэлемент размером 1,0 х 2,0 мм и толщиной в несколько микрон.
Сенсоры объемные
Инфракрасные объемные сенсоры – пассивные экземпляры. Очень часто они используются для охраны автомобилей. Приспособления не излучают ничего, работая только «на прием», и реагируют на изменение распределения ИК лучей с раскрывом по вертикали/горизонтали порядка 90º, то есть являются объемными. Дальность действия разных моделей отличается, как правило, она составляет 6–12 метров.
В случае перемещении объекта с температурой отличной от окружающего фона, пироэлектрический сенсор генерирует электрический импульс. Этот импульс обрабатывается по определенному алгоритму: сначала повышается его помехоустойчивость (избирательность), затем формируется сигнал тревожного извещения. По проводам или беспроводной связи после усиления сигнал поступает на соответствующий пульт охраны, например, контрольную панель автостоянки.
Когда и где использовать датчик движения для включения света
Далеко не всегда и не везде удобно включать свет при помощи выключателя. Например, на лестничной площадке, в длинном коридоре. И на улице возле дома. Оставить «дежурное» освещение — это одно. Но постоянно освещать дорожку к дому, крыльцо и подъездные пути — сплошное расточительство. Ходить в темноте — опасно. Или вы приехали на машине, поздно пришли домой… Как включать свет?
Для лестниц и длинных коридоров есть решение — установка проходных выключателей, которые позволяют управлять освещением из двух или более точек. Но, если у вас заняты руки, и они не помогут.
Дело даже не всегда в экономии, хотя, и это тоже не последняя причина
Та же проблема в технических помещениях типа кладовой, прачечной, погреба и т.д. Тут очень часто руки заняты. Чтобы включить свет, нужно в темноте дойти куда-то, поставить груз, а потом вернуться к выключателю. Есть и другие варианты, которые мы иногда используем — попытаться использовать локоть, поставить груз у ног, включить свет, затем продолжать свои дела. Установка детектора движения решает все эти проблемы.
Удобно, кстати, делать подсветку внутренней лестницы на детекторах движения в коттеджах. Датчики поставить на уровне ступеней вверху и внизу, выставить интервал отключения, достаточный для подъема или спуска. Удобно. По такому же принципу можно сделать подсветку пола в спальне. Опустили ноги с кровати — включилась подсветка. Комфортно.
Комфорт состоит из мелочей
Можно сделать подсветку на датчике движения в шкафу. Тоже удобно — открыли дверку — свет включен. Закрыли — выключился. И, что характерно, никаких контактов — работает надежно.
