Как работает датчик присутствия для включения света

27.11.14
4 364 —>

PIR – это аббревиатура от слов «passive infrared» или «пассивные инфракрасные» датчики. Пассивные – потому что датчики сами не излучают, а только воспринимают излучение с длиной волны от 7 до 14 μм.

 

Принцип работы PIR-датчиков

 

Человек излучает тепло. Его тепловое изображение в инфракрасных лучах показывает распределение температуры по поверхности тела. Более нагретые предметы выглядят светлее, более холодные – темнее, т.к. излучают меньше тепла.

PIR-датчик содержит чувствительный элемент, который реагирует на изменение теплового излучения. Если оно остается постоянным – электрический сигнал не генерируется.

Для того, чтобы датчик среагировал на движение, применяют специальные линзы (линзы Френеля) с несколькими фокусирующими участками, которые разбивают общую тепловую картину на активные и пассивные зоны, расположенные в шахматном порядке. Человек, находясь в сфере работы датчика, занимает несколько активных зон полностью или частично.

Поэтому, даже при минимальном движении происходит перемещение из одних активных зон в другие, что вызывает срабатывание датчика. Фоновая тепловая картина, как правило, меняется очень медленно и равномерно. Датчик на нее не реагирует. Высокая плотность активных и пассивных зон позволяет датчику надежно определить присутствие человека даже при малейшем движении.

Определение присутствия

 

Качественные датчики (например HTS) срабатывают не только на значительные перемещения, но и на незначительные при сидячей работе за письменным столом. Это достигается оптимизацией всех подсистем датчика.

Принцип работы соответствует принципу работы датчика движения. Большое количество активных зон однородно расположенных, а также высокая чувствительность, делают возможным определение малейших движений и реагирование на минимальные изменения тепловой картины.

Датчик присутствия нуждается в свободном обзоре определяемого объекта, т.к. тепловое излучение не проникнет через стены и двери, а также, через стеклянные перегородки.

Выбор датчика

 

Для корректного выбора датчика присутствия необходимо учитывать способ использования помещения. Различают принципиально два способа: с постоянным наличием людей (сидячая работа) и временным – транзитные зоны для прохода.

Для обнаружения сидящих людей
оптимальным является датчик присутствия потолочного монтажа с обзором 360^o
.

Преимущества:

— нет преград для обзора;

— по всей зоне контроля одинаково высокая чувствительность;

— ограниченная дистанция между датчиком и людьми.

Наилучшей формой для зоны контроля датчика (потолочного) является квадрат. Квадратная форма повышает надежность и упрощает размещение датчика, так как:

— форма зоны контроля оптимально подходит к геометрии помещения, гарантируя непрерывное покрытие;

— зона контроля датчика четко определена, она распространяется на одно помещение или его часть;

— чтобы перекрыть большую площадь, допускается несколько зон расположить в ряд без пропусков.

Необходимо учесть, что сидящие люди должны полностью находиться в зоне контроля, поэтому она будет меньшего размера чем зона для ходящих людей. Величина зоны зависит от высоты установки датчика.

Для обнаружения ходящих людей
применяют датчики настенного монтажа с 180 ^o
обзором или потолочные модели с большой зоной контроля.

Преимущества:

— активные зоны датчика менее плотно расположены, зато повышен радиус действия;

— активные зоны располагаются в помещении горизонтально, т.е., зона контроля датчика растянута и не имеет четких ограничений;

— с увеличением расстояний до датчика уменьшается чувствительность;

— пересечение активных зон датчик воспринимает на больших расстояниях, при движении на датчик чувствительность уменьшается.

При размещении датчика необходимо учитывать:

— люди могут периодически находиться вне активных зон;

— вход (двери) должны полностью находиться в зоне контроля;

— сидящие люди распознаются только в непосредственной близости.

 

Сравнение характеристик

В принципе, любое помещение подходит для установки датчика присутствия. Необходимо только учесть геометрию и характер использования.

 

Таблица показывает критерии для выбора соответствующей модели в зависимости от места установки (на примере изделий
HTS
)

 

Серия ECO-IR 360	Compact office Серия ECO-IR 180
Потолочный монтаж (360о) с квадратной зоной контроля	Настенный монтаж (180о) с удлиненной зоной
Преимущественно для людей с сидячей работой	Преимущественно для ходящих людей
Увеличенная зона контроля для ходящих людей	Уменьшенная зона для сидящих людей
Радиус действия зависит от высоты монтажа	Большой (неограниченный) радиус действия
Квадратная зона контроля с четкими границами	Зона контроля не имеет четких границ
Покрытие площади без разрывов, высокая, равномерная чувствительность во всей зоне	Различная чувствительность внутри зоны, уменьшается с возрастанием дистанции до датчика
	При большом расстоянии до датчика необходимо значительное перемещение для обнаружения человека

 

Самонастраивающаяся задержка выключения

 

Иногда люди могут находиться в помещении без малейшего движения, при этом даже высокочувствительный датчик не зарегистрирует присутствия человека.

Чтобы определить наличие людей в помещении, датчик должен «перекрыть» время между двумя движениями. Для этого устанавливается задержка выключения. С каждым новым движением эта задержка отсчитывается заново. Пока она не закончится, помещение считается занятым.

Длительность задержки может изменяться, т.е., автоматически подгоняться к условиям использования помещения. В местах постоянных хождений, таких как коридоры, свет должен выключаться как можно быстрее без ненужного длительного включения. Зато в офисах, с редкими и нерегулярными движениями, задержка увеличивается для исключения частных включений и выключений.

Максимальное увеличение может достигать 15 минут, минимальная задержка – 2 минуты. Если установлено промежуточное значение, даже если режим работы помещения требует меньшей задержки, она не может быть уменьшена в режиме самообучения. При необходимости задержки меньше 2-х мин. и больше 15 мин., режим самообучения деактивируется и задержка остается постоянной. Это свойство самообучаемости предотвращает ненужные срабатывания , экономит электроэнергию при сохранении высокого комфорта.

 

Настройка чувствительности

Датчик присутствия должен четко определять незначительные движения и в то же время игнорировать посторонние тепловые излучения (помехи). Для этой цели датчики HTS обладают подгонкой чувствительности. При наличии людей она возрастает чтобы зафиксировать малейшие движения, при отсутствии – понижается. Таким образом, высокая чувствительность сочетается с мощным подавлением помех.

 

Контроль помещения

Наряду с контролем электроэнергии, датчик присутствия может применяться в целях безопасности, реагируя на наличие людей в помещении.

Обладая высокой чувствительностью, он может ложно срабатывать. Чтобы это исключить, чувствительность понижается, датчик будет реагировать только она явные движения.

 

Источники помех

 

Обычно, датчик срабатывает при наличии людей в помещении, но иногда на него могут повлиять посторонние воздействия (помехи). Поэтому, при проектировании, перед монтажом, необходимо их устранить.

Ограниченный обзор датчика. Подвесные светильники могут послужить причиной затенения зоны контроля датчика, если они смонтированы в непосредственной близости. Зону контроля могут ограничивать перегородки, полки, растения и т.д.

Симуляция движений. Быстрое изменение температуры в окрестностях датчика, вызванное включением или выключением кондиционеров, симулирует движение, если поток воздуха направлен на линзы датчика или на объект вблизи зоны контроля датчика. Включение или выключение светильников, например, с лампами накаливания или галогеновыми на расстоянии менее 1 м. Движущиеся объекты: машины, механизмы, качающиеся плакаты также могут стать источниками помех.

Не создают помех медленно меняющие свою температуру объекты: отопительные радиаторы (расстояния от радиаторов и труб >0,5 м); компьютерная техника: принтеры, мониторы; вентиляция, если теплый приточный воздух не направлен непосредственно на датчик; поверхности, освещенные солнцем.

 
 

По материалам компании
Theben
HTS              Статья опубликована в журнале Телеком 4-5/2014

Дмитрий Табаков
Главный редактор проектов hi-Tech
     

Читайте также
Погода в Киеве

—>
Погода в Киеве на sinoptik.ua

Датчики присутствия как один из элементов системы автоматизации пользуются огромной популярностью. Они позволяют сделать жизнь человека комфортной, а также значительно уменьшить затраты на электрическую энергию. Во многих странах такие датчики представляют собой неотъемлемую часть помещения, что обусловлено удобством их установки и применения. Не менее приятным моментом можно считать возможность как беспрепятственно приобрести такое устройство в специализированном магазине, так и соорудить его своими руками.

Реклама

Принцип работы и особенности прибора

Наиболее востребованными устройствами, позволяющими автоматически управлять освещением, являются датчики присутствия для включения света и датчики движения. При установке осветительного прибора данные устройства устанавливаются в его цепь. Как только перемещающийся объект оказывается в радиусе их воздействия, эти приборы включают освещение за счет автоматической подачи сигнала. Если объект остановился или покинул радиус воздействия, осветительный прибор через некоторое время прекращает свою работу.

Пользуйтесь электроприборами так же, как раньше, а платите в 2 раза меньше!

Вы сможете платить за свет на 30-50% меньше в зависимости от того, какими именно электроприборами Вы пользуетесь.

Читать далее >>

Датчик присутствия в отличие от датчика движения имеет в основе своей работы сенсор и функционирует благодаря эффекту Доплера, который заключается в динамике длины и частоты волны. Данная динамика улавливается сенсором, который, в свою очередь, направляет ее на устройство с целью включения света или звука. При этом на подачу сигнала не влияют дальнейшее движение или неподвижность объекта, в качестве которого могут выступать люди и крупные звери. Датчик присутствия имеет в своей конструкции антенну и генератор. В случае, если сигнал отсутствует, прибор находится в спящем режиме.

Классификация

Существуют различные критерии для группировки датчиков присутствия. К одному из них относится способ регистрации перемещения, в соответствии с которым устройства разделяются на:

• датчики звука;
• приборы, работающие за счет ультразвука;
• датчики, функционирующие при помощи микроволн;
• модели, принцип работы которых основан на инфракрасном излучении;
• приборы со смешанным принципом работы (комбинированные).

Устройства, определяющие присутствие объекта с помощью звука
, работают автоматически. Достаточно хлопка (т. е. не более 50 дБ) для срабатывания такого прибора. Настроить датчик звука можно при помощи кнопок, расположенных на его корпусе, одна из которых отвечает за громкость хлопка, а вторая – за продолжительность периода включения.

Выключение такого прибора возможно не только автоматически, но и при помощи того же хлопка. Как правило, это устройство имеет ограниченную зону реагирования, что лишает удобства его эксплуатацию. Датчики звука с высокой чувствительностью, в свою очередь, реагируют даже на незначительные шорохи. С одной стороны, это можно считать достоинством, так как руки не всегда могут быть свободны для совершения хлопков, а с другой – недостатком, вызванным частыми ложными срабатываниями.

Ультразвуковой
прибор состоит из генератора шумовых сигналов и приемника. Как правило, такой датчик присутствия нечасто используется при организации освещения. Микроволновое оборудование в своей основе имеет генератор излучений высокой частоты и приемник отраженных сигналов. Эксплуатируется такой прибор, в основном, в качестве сигнализации, реже — в осветительных приборах. И ультразвуковой, и микроволновой датчики присутствия функционируют за счет эффекта Доплера. Отличаются они только по типу излучений.

Инфракрасное
устройство осуществляет свою деятельность благодаря маленьким линзам, являющимися составными частями главной линзы, а также за счет дополнительных электронных элементов. Когда человек попадает в радиус действия датчика, линзы способствуют определению сигнала посредством их сосредоточения на фотоэлементе и плоскости объекта.Во время перемещения человека инфракрасное воздействие на фотоэлемент прекращается, и сигнал исчезает. В случае, если человек переходит в радиус воздействия другой линзы, то теперь уже она оказывает воздействие на фотоэлемент. И так далее, пока человек не покинет зону функционирования устройства.

Приборы с комбинированным
принципом работы отличаются тем, что способны уменьшить количество ложных срабатываний. Это обусловлено строением их корпуса, который содержит в себе две системы для регистрации перемещения. Освещение может включиться только в том случае, если приходят в действие оба детектора. Зачастую инфракрасные и микроволновые методы применяют совместно.

Помимо вышеуказанных устройств, можно выделить следующие виды датчиков присутствия:

В зависимости от метода управления прибором:

• автоматические модели;
• устройство, чье выключение осуществляется в принудительном порядке;
• устройства, позволяющие контролировать радиус воздействия;
• датчики, функционирующие с помощью ПДУ.

В зависимости от способа установки:

• встроенные;
• накладные;
• влагостойкие (применяются как внутри, так и снаружи здания).

Встраиваемые приборы фиксируются при помощи специального отверстия. Накладные модели устанавливаются на стену или потолок дюбелями или саморезами. Уличные устройства имеют высокую степень защиты датчика от внешних условий и повреждений.

Также датчики присутствия различаются по мощности (от 1000 до 2000 Ватт), дальности реагирования (от 8 до 20 метров), радиусу воздействия (от 45о до 360о), разновидности нагрузки (в зависимости от типа используемых ламп: люминесцентных, ламп накаливания или галогенных) и варианту подключения (проходные, контроль которых осуществляется из нескольких точек; и непроходные – контролируются из одной точки).

Область применения

Датчик присутствия является весьма универсальным изобретением, к сферам эксплуатации которого можно отнести:

1. Жилые помещения. Данный прибор зачастую используется в такой системе как «умный дом», позволяя осуществлять контроль над расходами электрической энергии.
2. Охранные системы.
3. Робототехника.
4. Разнообразные производственные процессы.
5. Системы видеонаблюдения.
6. Для контроля над расходом электрической энергии.

Кроме того, датчики присутствия имеют широкое распространение в таких общественных местах как административные и офисные здания, школы, институты, детские сады, гостиницы, спортивные залы, торговые помещения, туалеты и т. д.

Данное устройство также имеет дополнительный функционал. Некоторые датчики способны регулировать деятельность осветительных приборов, исходя из уровня освещения, что позволяет контролировать естественную освещенность. Другие приборы обладают возможностью осуществлять диммирование, т. е. управлять уровнем света в помещении. Для обеспечения аварийного освещения, а также при использовании в ночное время суток приборы снижают яркость света при задержке отключения.

Стоит отметить, что данное устройство крайне эффективно при организации охранной системы. Так, например, в качестве сигнализации используется такая разновидность прибора, как датчик объема. Он реагирует абсолютно на все движения в пространстве, даже самые незначительные. Однако стоимость некоторых датчиков присутствия весьма высока, что подталкивает некоторых к самостоятельному изготовлению такого прибора.

Применение в туалете

Стоит выделить применение датчика для обнаружения присутствия человека в таком помещении как туалет. Это обусловлено, прежде всего, тем, что выключатель устанавливается зачастую вне пространства данной комнаты. Также использование здесь данного прибора обеспечит не только удобство и комфорт, но и значительно снизит затраты электрической энергии, так как исчезнет риск оставить свет после себя включенным.

Для туалета наиболее подходящим вариантом является инфракрасный датчик для определения перемещения. К основным преимуществам такого устройства можно отнести достаточно небольшие размеры, возможность точных настроек, вменяемую стоимость и абсолютную безопасность для окружающих.

Устройство собственного производства

На просторах Интернета можно найти разнообразные методы для сборки датчика присутствия. Главным элементом для его изготовления является схема датчика, которая может быть представлена следующим образом:

1. Подстроечный резистор.
2. Питающий элемент, в качестве которого может выступить блок питания.
3. Реле.
4. Транзистор и фотоэлемент.

Все необходимые детали можно приобрести в специализированном магазине. Однако собранный прибор по частям собственными руками обойдется гораздо дороже, чем готовое изделие (только реле имеет стоимость примерно 300 р.). Таким образом, целесообразнее купить датчик движения, стоимость его будет варьироваться в пределах 450 руб., чем потратить на его изготовление в два раза больше денежных средств и собственных усилий.

Датчики, позволяющие определить наличие присутствия объекта в пространстве, являются весьма выгодным вложением. Обеспечивая комфорт и безопасность, они также позволяют своим владельцам снизить затраты денежных средств на электроэнергию. Срок окупаемости данного прибора обычно не превышает двух с половиной лет. Кроме того, такое устройство выведет ваше помещение на новый этап обустройства и сделает его более современным.

Датчики присутствия для включения света собственноручно

Кратко о датчиках

Датчики присутствия для включения света
— одним из самых простых датчиков движения является концевой выключатель вмонтированный проем двери. Так же и принцип его работы не сложный — срабатывает, когда дверь открывается или закрывается. Довольно простенькая схема используется в холодильнике, в домашнем баре, которая при открывании двери включает освещение. Эту конструкцию можно применить в подсобном помещении, в прихожей квартиры, на входной двери подъезда. По этой аналогии можно изготовить «дежурку» выполненную на светодиодах, используя такой «концевик» либо сигнализацию, которая будет предупреждать при срабатывании.

Именно такие приборы, состоящие из электромеханического устройства геркона и магнита сейчас устанавливают в помещениях находящихся под охраной. Тем не менее это устройство имеет свое слабое звено — узко направленное применение. Если потребуется контролировать большие внешние территории, крупные помещения, то от них пользы не будет никакой. Что касается проходов открытого типа, то для них существуют приборы способные реагировать на любые изменения вокруг. В число таких датчиков входят фотореле, емкостные датчики, тепловые извещатели, а также акустическое реле.

Для контроля перемещения на определенном пространстве применяются датчики присутствия для включения света
не только промышленного производства, но и изготовленные собственноручно. Широко используются фото приборы, устройства оценки эхо-сигналов, звуковые сигнализаторы. Они отлично справляются с работой оповещения при движении объекта в радиусе действия приборов. Принципиальная основа функционирования таких приборов заключается в создании импульсного сигнала и его фиксирование в момент отражения от предмета. В момент поступления импульса в такую область контроля, меняются свойства отражающего сигнала, и обнаружитель создает управляющий сигнал в выходной цепи.

Читайте также:
  Межблочный кабель rca rca

Ниже показана принципиальная схема функционирования светочувствительного автомата и акустического реле:

Двери открывающиеся в автоматизированном режиме, акустические сигнализаторы, караульная спец сигнализация, и многая другая техника, точно фиксирующая позицию предмета.

В частности, примечательно было бы оборудовать датчиком присутствия ваше зеркало с эффектом светодиодной подсветки. Подключение иллюминации будет выполняться только в то время, когда вы приблизитесь к зеркалу. Кстати, такую схему можно собрать собственными руками в домашних условиях.

Принципиальные схемы устройств

Микроволновый прибор

Одним из самых востребованных сигнализаторов считаются датчики присутствия для включения света
, прекрасно подходят для наблюдения за открытым пространством. Для этих же целей существует еще не менее эффективное устройство — емкостной датчик. Особенность действия этого прибора состоит в определении коэффициента трансформации радиоволн. Наверное многие из вас когда-либо подмечали в действии такой эффект. В момент приближения к включенному радиоприемнику появляется фоновый шум и он начинает уходить с настроенной волны. Если есть желание повторить схему датчика движения работающего по микроволновому принципу, то абзац размещенный ниже это для вас. Основой такого волнового уловителя является генератор сверхвысокочастотных колебаний и специализированная антенна.

Ниже описан метод изготовления датчика движения микроволнового типа с рабочей принципиальной схемой, в создании которой нет ничего сложного. Полевой транзистор КП306 VT1 выполняет роль генератора высоких частот, а также выполняет функции радиоприёмника. Выпрямительный диод VD1 используется для детектирования сигнала, направляя напряжение смещения на базовый переход транзистора VT2. Специфика трансформатора Т1 предусматривает работу каждой из обмоток на разных частотах.

В исходном положении, при котором на антенну нет внешнего влияния емкости, размах амплитуды симметрично уравновешиваются и на диоде VD1 отсутствует напряжение. Когда меняется частота, тогда происходит сложение амплитуд и диод выполняет их преобразование, в это время переходы транзистора VT2 переходят в открытое состояние. Для быстрого сравнивания значений двух сигналов друг с другом, в схеме предусмотрен компаратор, собранный на тиристоре VS1. Его основное назначение — управлять реле, рассчитанного на напряжение питания 12v.

Читайте также:
  Схема преобразователя напряжение

Далее также показана проверенная схема реле присутствия, реализованная на недорогих электронных элементах. На ее основе можно собственноручно изготовить качественный волновой уловитель движения. А возможно кто-то найдет ему другое применение или просто использует для знакомства с прибором.

Тепловой датчик присутствия

Пироэлектрический инфракрасный сенсор движения входит в разряд самых распространенных тепловых датчиков применяемых в различных отраслях хозяйства. Его популярность обусловлено доступностью комплектующих, простотой изготовления и настройки, гарантированно широким диапазоном температурной составляющей.

Немало таких готовых приборов имеются в продаже. В основном такие сенсоры устанавливаются в светильники, приборы сигнализации и ряд других контроллеров. Тем не менее, доступная для изготовления схема в домашних условиях показана ниже:

Специализированный тепловой уловитель В1 и фотоэлемент VD1 образовывают комплекс автоматического управления световым излучением. Прибор сразу включается в работу как только начинает темнеть. За настройку параметра внешней освещенности отвечает подстроечный резистор R2. Сенсор срабатывает, как только движущий объект попадает в зону действия датчика. Контроль за временем действия прибора выполняется за счет интегрированного таймера, установка значений выставляется переменным резистором R5.