Датчики движения для включения света

Пример изготовления датчика

Световой датчик состоит из источника света и приемника светового излучения. В домашних условиях в качестве источника можно применить лазерную указку. Выбор может упасть также на светодиоды, что уменьшит расстояния между источником и приемником света. В охранной сигнализации источником может быть инфракрасный диод, что сделает устройство менее заметным.

Принципиальная схема приемника светового прибора представлена на изображении:

Что надо иметь для самостоятельного изготовления

Для практической реализации представленной схемы понадобятся следующие основные инструменты и комплектующие.

• Паяльник. Мастер должен уметь работать с этим инструментом.
• Мультиметр — для измерения электрических параметров собираемой схемы.
• Бокорезы, пинцет. Эти инструменты необходимы для выполнения проводки и работы с мелкими электронными комплектующими.
• Транзистор с фотоэлементом. Из него следует изготовить фотоэлемент — собственно основной чувствительный элемент датчика. Для этого подойдет фототранзистор с корпусом как показано на изображении:С помощью бокорезов освободить транзистор от крышки. Получится открытая поверхность кристалла фотоэлемента (смотреть изображение), которая будет реагировать на попадание света.
• Операционный усилитель для увеличения параметров сигнала при использовании внешних приемников для подачи сигнала (радиоприемник или другой вид информирования о случившемся событии). Выглядит операционный усилитель как показано на изображении:
• Конденсатор, резисторы, реле. В качестве реле подойдет РЭС55, смотреть изображение:
• Драйвер или блок питания для подачи напряжения (можно бывший в употреблении, но рабочий от 4.5 В до 12 В)

Основные рекомендации и порядок сборки

• Из подготовленных деталей выполняется несложная схема, приведенная выше.
• Производится подключение с помощью паяльника к блоку питания. Собранная плата выглядит, как показано на изображении:
• Собранную схему лучше разместить в каком-нибудь корпусе, подходящем по размеру.

Как работает самодельный датчик света

Источник света направляет излучение на кристалл фотоэлемента транзистора VT1 (смотреть схему), создавая условия аналогичные подаче напряжения на его базу. В таком случае полупроводник откроется, а конденсатор С1 зарядится. Резистор R1 регулирует величину точки срабатывания транзистора и подбирается опытным путем (за базу взято значение 10 кОм). Конденсатор подбирается емкостью 10 мкф.

В тот момент, когда свет перестает падать на фотоэлемент, а это происходит при возникновении преграды в виде человека, конденсатор начнет разряжаться. При этом напряжение в точке А будет постепенно снижаться. Операционный усилитель многократно усиливает сигнал и на выходе можно будет подключить извещатели различного типа.

Анализировать информацию с датчика поможет установка в схему реле. Его подключаем следующим образом: один контакт соединяем с цепью питания, другой заземляем, а третий подключаем к извещателю, например, радиоприемнику, как показано на изображении:

Пока свет попадает на фотоэлемент, питающая цепь реле соединена с корпусом и радио не работает. В отсутствии сигнала от фотоэлемента контакт реле переключается на цепь питания (на изображении 12 В) и радио подает звуковой сигнал.

Классификация датчиков движения для включения света

Перед приобретением прибора обнаружения перемещения следует разобраться и понять, какие функции он будет выполнять. Потому существует обширное множество разнообразных типов и видов сенсорного оборудование.

Самым первым и самым главным различием детекторов движения является, какой волновой спектр он использует:

• Инфракрасный. Такие модели устройств, предназначенные для обнаружения движения, регистрируют излучения тепла объектом. Недостаток – это ложное срабатывания на перемещения животных и потоков горячего воздуха, например, от кондиционера. Инфракрасный волновой спектр абсолютно безопасен для здоровья человека.
• Ультразвуковой. Детектор присутствия работает в пределе 20-60 кГц. Прибор генерирует звуковую волну, которая отражается от объекта, регистрируется и анализируется устройством. Недостатками таких моделей является возможность несрабатывания детектора из-за того, что объект слишком медленно движется, применение малого радиуса действия, а также не исключена возможность отпугивания ультразвуком домашних животных.
• Микроволновый. Принцип работы такого детектора заключается в использовании электромагнитной волны высокой частоты, в 1 ГГц. Прибор выпускается значительно небольших габаритных размеров, что позволяет его скрытно установить. Радиус и дальность работы таких устройств зависит от величины мощности СВЧ-передатчика и чувствительности приемного модуля детектора. Условия окружающей среды и наличие небольших преград и перегородок особого влияния на работу детектора движения не оказывают. Но такие микроволновые устройства имеют достаточно высокую стоимость.
• Комбинированный. Детекторы совмещают в себе инфракрасный и ультразвуковой волновые спектры.

Второе разделение детекторов присутствия заключается в том, где устройство будет установлено:

• Снаружи здания. Радиус работы такого оборудования находится в промежутке от 100 до 500 м. В основном их монтируют на больших площадях промышленных предприятий или просто во дворе частного, загородного дома.
• Внутри здания. Установка производится в любой комнате, помещении дома, квартиры и других. Применение такого регистратора осуществляется с использованием малого радиуса действия, величина которого зависит от площади помещения.

Третье разделение устройств обнаружения движения происходит по способам установки и монтажу оборудования:

• Настенный или угловой. Из названия понятно, что такой датчик крепится на стене или в углу стен и потолка. Такой прибор снабжен небольшим углом обзора, что также позволяет избежать ложных срабатываний сенсора.
• Потолочный. Крепится на потолок, использует угол обнаружения 360 градусов. Очень удобно применять такие регистраторы присутствия для включения световых приборов в помещениях, где несколько дверей.

И четвертое разделение сенсорного оборудования – по способу питания детектора электрической энергией:

• Проводной. Является очень надежным источником электропитания, что позволяет обеспечить бесперебойную и безотказную эксплуатацию регистратора перемещения. Минусом такого способа электроснабжения является то, что необходимо протягивать метры провода и искать свободную розетку.
• Автономный. Датчик движения питается от одного или нескольких аккумуляторов, которые, в основном, вставляются в корпус устройства. На рынке присутствуют также модели оборудования обнаружения перемещения, которые питаются от солнечных батареек. Недостатком таких моделей служит постоянный контроль за потребляемым током, который может менять свои величины и значения во времени.

И это только основные группы разделения такого типа оборудования, так как оно очень разнообразно.

Использование

Основные направления, где используются ДД:

1. Для защиты от проникновения.
2. Автоматизации освещения.
3. Автоматизации установок климат контроля.

Защита от проникновения

В любое время суток детекторы эффективно фиксируют незаконное проникновение на частную территорию. В темных местах и с наступлением сумерек датчики автоматически включат свет, если увидят передвижение людей. Могут работать в паре с видеорегистратором.

Автоматизация света

Зачем гореть лампочке, если людей в помещении нет? Детектор движения поможет автоматически включать/выключать свет именно тогда когда в комнате находятся люди. Так можно достигнуть существенной экономии электричества.

Автоматизация климата

Очень удобно управлять температурным режимом в домах и квартирах с помощью извещателей движения. Они могут подавать команды на блок управления кондиционера, если зафиксировано присутствие/отсутствие людей в подконтрольной зоне.

Технические характеристики

После того, как определились с тем, какой датчик движения для включения света вы будете ставить, надо подобрать его технические характеристики.

В технических характеристиках беспроводных моделей есть еще частота, на которой они работают и тип элементов питания

Угол обзора

Датчик движения для включения света может обладать различным углом обзора в горизонтальной плоскости — от 90° до 360°. Если к объекту могут подходить с любого направления, ставят датчики с радиусом 180-360° — в зависимости от его расположения. Если устройство закреплено на стене, достаточно 180°, если на столбе — уже нужно 360°. В помещениях можно использовать те, которые отслеживают движение в узком секторе.

В зависимости от места установки и требуемой зоны обнаружения выбирают радиус обзора

Если дверь одна (подсобное помещение, например), может быть достаточно узкополосного датчика. Если в помещение входить могут с двух-трех сторон, модель должна уметь видеть, как минимум, на 180°, а лучше — во все стороны. Чем шире»охват», тем лучше, но стоимость широкоугольных моделей значительно выше, так что стоит исходить из принципа разумной достаточности.

Есть также угол обзора по вертикали. В обычных недорогих моделях он составляет 15-20°, но есть модели, которые могут охватывать до 180°. Широкоугольные детекторы движения обычно ставят в охранных системах, а не в системах освещения, так как стоимость их солидная. В связи с этим, стоит правильно подбирать высоту установки прибора: чтобы «мертвая зона», в которой детектор просто ничего не видит, была не в том месте, где движение наиболее интенсивное.

Дальность действия

Тут снова-таки, стоит выбирать с учетом того, в помещении будет устанавливаться датчик движения для включения света или на улице. Для помещений радиуса действия в 5-7 метров хватит с головой.

Дальность действия выбирайте с запасом

Для улицы желательна установка более «дальнобойных». Но тут тоже смотрите: при большом радиусе охвата ложные срабатывания могут быть очень частыми. Так что слишком большая зона покрытия может быть даже недостатком.

Мощность подключаемых светильников

Каждый датчик движения для включения света рассчитан на подключение определенной нагрузки — он может пропускать через себя ток определенного номинала. Потому, при выборе, надо знать, суммарную мощность ламп, которые устройство будет подключать.

Мощность подключаемых светильников критична, если включаться будет группа фонарей или один мощный

Чтобы не переплачивать за повышенную пропускную способность датчика движения, да еще и сэкономить на счетах за электричество, используйте не лампы накаливания, а более экономичные — газоразрядные, люминесцентные или светодиодные.

Способ и место установки

Кроме явного деления на уличные и «домашние» есть еще один тип деления по месту установки датчиков движения:

• Корпусные модели. Небольшая коробочка, которая может монтироваться на кронштейне. Кронштейн закрепляться может:
  • на потолке;

  • на стене.

• Встраиваемые модели для скрытой установки. Миниатюрные модели, которые могут устанавливаться в специальные углубления в незаметном месте.

Если освещение включается только для повышения комфорта, выбирают корпусные модели, так как при равных характеристиках они дешевле. Встраиваемые ставят в охранных системах. Они миниатюрные, но более дорогие.

Дополнительные функции

Некоторые детекторы движения имеют дополнительные возможности. Некоторые из них явное излишество, другие, в определенных ситуациях, могут быть полезны.

• Встроенный датчик освещенности. Если датчик движения для включения света установлен на улице или в помещении с окном, включать свет в светлое время суток нет необходимости — освещенность достаточная. В этом случае либо в цепь встраивают фотореле, либо используют детектор движения со встроенным фотореле (в одном корпусе).

• Защита от животных. Полезная функция, если есть коты, собаки. С такой функцией ложных срабатываний намного меньше. Если собака большого размера, даже эта опция не спасет. Зато с кошками и мелкими собаками она работает неплохо.

• Задержка отключения света. Есть устройства, которые выключают свет сразу после того как объект покидает из зону действия. В большинстве случаев это неудобно: свет еще нужен. Потому удобны модели с задержкой, а еще удобнее те, которые позволяют эту задержку регулировать.

Это все функции, которые могут быть полезны

Особенно обратите внимание на защиту от животных и задержку отключения. Это действительно полезные опции

Как разместить датчик

Чтобы устройство с сенсором выполняло свои функции, его нужно правильно разместить.  Для получения максимальной экономии, его следует устанавливать в местах с наибольшим скоплением людей.

Потолочные датчики ставят преимущественно в небольших помещениях. По возможности их устанавливают на высоте 2.5–3 м. Тогда радиус действия будет 10–20 м.

Настенные датчики популярны на крытых объектах и на открытом воздухе. Их нужно устанавливать на высоте от двух до трех метров. Для получения большего радиуса обзора, лучше закрепить его в углу

Важно не забыть направить устройство на место прохода людей

В исключительных ситуациях устройство на улице может стоять на любой высоте вплоть до 10 м. Тогда прибор нужно установить таким образом, чтобы он висел под углом около 40 градусов к горизонтальной поверхности

Важно помнить, что чем больше будет радиус, тем выше шанс ложного включения

Включение и отключение датчика

Способ, как узнать есть ли акселерометр на телефоне, заключается в повороте экрана в другое положение. Если изображение при этом не изменилось, значит датчик отсутствует – или на смартфоне просто отключена функция «Автоповорота».

У большинства моделей поворот экрана при изменении положения автоматически включается и выключается с помощью меню настроек или верхней панели на главном экране: В первом случае следует перейти в «Настройки», выбрать пункт «Экран» и включить поворот изображения.

Включение через настройки.

Во второй ситуации достаточно потянуть пальцем за верхнюю панель, увеличив её размер на весь экран, и включить соответствующую функцию.

Включение через верхнюю панель.

Подключение датчика

Если монтаж инфракрасного датчика осуществляется своими руками, то прежде чем организовать подключение, необходимо ознакомиться с основными правилами установки таких устройств. Наиболее часто такие устройства устанавливаются самостоятельно для автоматического включения света в комнате либо для автоматического запуска уличных светильников, работающих от солнечных батарей.

Работа по подключению ИК датчика выполняется в такой последовательности:

• Правильно подобрать место для установки. Чувствительный элемент лучше регистрирует движения, осуществляемые поперёк контролируемой области. Высота монтажа зависит от модели датчика (2.5–4.0 м).
• Отключить электричество в доме и подвести провода от щитка или распределительной коробки к месту подсоединения датчика.
• Снять защитную пластиковую оболочку детектора.
• Подключить проводники к устройству согласно схеме указанной в инструкции или на самом приборе.
• Установить датчик на заранее подготовленное место, используя встроенный пружинный фиксатор.
• Проверить и настроить инфракрасный выключатель.

Большая часть производимых датчиков имеет встроенные элементы регулировки времени свечения лампы и порога срабатывания. На плате переменные резисторы обозначаются соответственно TIME и LUXE.

Чувствительность устройства следует настроить в первую очередь. Для этой цели необходимо установить регулировку времени свечения лампы на минимальное значение. Затем, вращением регулятора чувствительности в различные положения, подобрать наиболее подходящий режим работы осветительного прибора.

Когда чувствительность датчика будет настроена, следует установить реле времени на наиболее подходящий промежуток работы осветительного прибора.

Установку сигнализаций и пожарного оборудования следует доверить квалифицированным специалистам. Ошибки в монтаже таких устройств могут обойтись значительно дороже стоимости услуг профессионального монтажника.

Работа на радиоволновом (СВЧ) излучении

На основе транзистора VT1 действует автогенератор с мягким самовозбуждением. Он одновременно выступает смесителем и гетеродином для отраженного, поступающего сигнала.

Его частота, при появлении в поле действия постороннего объекта, незначительно изменяется на несколько герц. Эту разницу называют Доплеровским смещением.

Этот сигнал принимается ФНЧ L3 и через конденсатор 2 поступает на каскадный усилитель А1, который одновременно является и фильтром инфранизкочастотных колебаний.

Высокую термостабильность сигнала обеспечивает усилитель переменного тока. Изменяя положение резистора R11 можно регулировать чувствительность устройства.

Для эффективной работы детекторов движения основанных на СВЧ излучении необходимо чтобы площадь сечения отражающей поверхности была достаточно большой.

Кроме того, на чувствительность влияют и отражающая способность материала из которого состоит объект. Материалы, имеющие хорошую токопроводимость, лучше отражают СВЧ волны, в то время как диэлектрические объекты ее поглощают.

Теоретически, если взять ровную металлическую пластину и поместить ее под углом 450 по направлению излучения детектора, то можно добиться его несрабатывания.

На практике попадание объекта в зону сканирования приводит к резким изменениям амплитуды поступающего сигнала, вдобавок, дублируемого параллельным ИК сенсором.

Основой микроволнового детектора является генератор Ганна, приемо-передающая (трансиверная) антенна и смесительный диод Шотки. При подаче питания генератор начинает вырабатывать электромагнитные волны, которые антенна направляет в зону сканирования.

Некоторая часть волн попадает на диод Шотки где является эталонной. Отражаемый сигнал так же перенаправляется на смесительный диод, где определяется разность фаз. Таким образом, можно не только выявить движение в сканируемой зоне, но и при дополнительном анализе определить расстояние до него.

Наиболее распространенные частоты, используемые в СВЧ детекторах: Х-диапазон – 10,525 ГГц и К-диапазон – 21,125 ГГц. Для снижения потребления энергии во многих моделях используют импульсный режим сканирования.

СВЧ детекторы преимущественно используются для контролирования больших площадей и объемов в условиях большого акустического и температурного загрязнения.

Фильтры

Самая большая проблема в работе охранных инфракрасных датчиков движения — обнаружение ложных срабатываний. Для ограничения этого явления используются специальные фильтры, которые отсекают ненужное видимое излучение. Эти фильтры чаще всего представляют собой германиевые пластины, которые монтируются в корпусе пироэлектрического датчика. Благодаря использованию фильтров, устраняются помехи, вызванные, например, включением и выключением освещения.

К сожалению, это решение не без недостатков. Применение такого фильтра связано поглощением до 20% ИК-излучения, которое не достигает пластины пироэлектрического сенсора. Кроме того, следует также иметь в виду, что рядом с пироэлектрическим эффектом существует и пьезоэлектрический эффект, который делает инфракрасные детекторы чувствительными к ударам и вибрации.

Датчики движения с сигнализацией работают наиболее эффективно, когда человек пересекает зону обнаружения под прямым углом. Другими словами, инфракрасный детектор обеспечивает эффективное обнаружение в тот момент, когда движение объекта происходит перпендикулярно оптической оси извещателя. Также, благодаря новейшей линзе Френеля, некоторые извещатели имеют несколько десятков лучей наблюдения. Любое движение, происходящее внутри зоны наблюдения извещателя, фиксируется — приводя к срабатыванию тревоги.

Советы по установке

Цели установки могут быть разные

Для начала стоит определить цель установки ДД, после чего выбрать правильное место. Специалисты советуют внутри помещений вешать светильники с сенсорами на потолок, так достигается максимальная площадь охвата. При необходимости обслуживания более узкой площади можно подвесить светильник на стенку. Имейте в виду, что почти все лампы с сенсорами подходят для настенного и потолочного монтажа.

При внутренней установке обратите внимание, чтобы датчику ничего не мешало: кондиционеры, трубы отопления, потоки теплого воздуха, другие теплые предметы. Они будут вызывать ложные срабатывания

При уличном использовании в зоне действия сенсора не должно быть деревьев, кустов. На работу уличных сенсоров могут влиять линии электропередач, вышки сотовой связи, крупные автомагистрали.

Монтаж осветительного прибора с датчиком движения

Рассмотрим внутреннюю установку светильника с ДД.

• Подготовить светильник к монтажу: вставить специальные резиновые уплотнители в отверстия для кабелей.
• Обесточить помещение.
• Завести питающий кабель в корпус светильника.
• Закрепить корпус светильника на стене или потолке.
• Снять с кабеля оплетку, зачистить нулевой и фазовый провода от изоляции на длину примерно 7 мм.
• Присоединить фазовый провод к клемме L, а нулевой – к клемме N. Клемма L’ останется неиспользованной. Ее можно применить для присоединения других ламп или иного оборудования.

Подключение лампы с выносным датчиком

Подключение такого светильника начинается с  установки сенсора:

• Для этого определить место установки с наилучшим углом обзора.
• Прикрепить подставку, которую необходимо снять с сенсора. Закрепить на высоте не менее 240 см.
• Зачистить концы питающего провода от изоляции на длину примерно 10 мм.
• Вскрыть крышку клеммной коробки сенсора, присоединить к питающему проводу нулевой и фазовый провода. Заизолировать места соединений.

Далее соединяют датчик и источник света: к одному концу лампы присоединяют фазу, изолируют место скрепления. Другой конец лампы соединяют с нулевым проводом датчика. Если перепутать фазы, то ДД работать не будет. В этом случае достаточно поменять провода местами.

Виды и типы контроллеров

В зависимости от способа получения сигнала выделяют два типа контроллеров: активные и пассивные.

Активный контроллер состоит из приемника и излучателя. Он сам посылает сигнал (волны разной природы) на объект, затем отслеживает изменения в интерфереционной картине отраженных волн. В случае наличия изменений срабатывает детектор – зажигается свет. Ультразвуковой, микроволновый чипы имеют активный контроллер.

Пассивный контроллер через линзу Френеля отслеживает, фиксирует изменения в перемещении тепловых тел. Статичные объекты не будут замечены сенсором. Устройство его намного проще, стоят они дешевле, но ошибаются гораздо чаще. К ним относятся инфракрасные датчики.

Настройка и регулировка

Чтобы проверить, правильно ли произведено подключение, понадобится временная схема. Если устройство не срабатывает, то в процессе были допущены какие-то ошибки.

Более сложное оборудование проверяется по следующей схеме:

• вначале собирается временная схема подключения;
• затем необходимо вывести регулятор на максимальный показатель мощности;
• настроить таймер на несколько секунд.

В случае если светодиодный индикатор срабатывает на движение, значит, все собрано правильно. Стоит отметить, что часто вместо индикатора устанавливают специальное реле. Узнать о его рабочем состоянии можно по характерным щелчкам, которые он начинает производить, если обнаруживает движение.

После того как прибор установлен, переходят к его регулировке. Что касается таймера срабатывания, то можно выставить любое удобное время, от нескольких секунд до получаса. А вот отрегулировать чувствительность достаточно сложно. Если в доме имеются домашние питомцы, необходимо исключить срабатывание на их появление, иначе свет будет включаться постоянно.

Установка домашних сенсорных датчиков помогает экономить на освещение. Приборы автоматически обеспечивают свет при входе в комнату и также отключают его при выходе.